氮化钒/纳米硅/碳复合微球的制备及其储锂性能

硅(Si)因拥有高的比容量,资源丰富等优势有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料,但其导电性差和循环过程中体积膨胀严重等缺陷限制了其进一步应用。采用喷雾干燥法,以玉米淀粉、纳米硅和NH₄VO₃作为原料,经碳化与氮化后获得氮化钒/纳米硅/碳复合微球(Si@VN/C)。氮化钒的引入提供了电子/离子快速传输通道,提高了纳米硅的导电率,并使纳米硅保持了良好的结构稳定性。碳层将作为纳米硅颗粒的保护层,避免纳米硅与电解液直接接触,有效缓解纳米硅充放电后的体积膨胀。Si@VN/C展现出良好的循环性能,在0.2 A·g^-1电流密度下循环130圈后容量为818 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1高电流密度下循环300圈后可逆容量仍保持580.5 mAh·g^-1。     

LiFePO4/CNT复合材料的制备及电化学性能

采用溶胶凝胶-微波法制备LiFePO₄/碳纳米管(CNT)复合正极材料.考察不同微波时间和CNT含量对其电化学性能的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的晶型结构和表面形貌进行表征.结果表明:掺CNT量为2%(质量分数)和微波18 min所得样品有较好的电化学性能;0.1C充放电的首次放电比容量为142 mAh·g^-1,第10次循环的比容量为136 mAh·g^-1.     

电极孔隙结构对高比容量硅/碳负极性能的影响

通过控制高比容量硅碳负极(1100 mAh·g^-1)极片压实密度、引入不同尺寸的造孔剂,构筑电极的孔隙结构。采用压汞法(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,研究极片的孔隙率、孔径大小和孔径分布对高比容量硅碳负极电化学性能的影响。结果表明:当电极的孔隙率控制在46.2%时,高比容量硅碳负极电极的循环性能较优,循环50周后仍保持765 mAh·g^-1的可逆比容量。进一步通过引入不同尺寸的造孔剂碳酸铵((NH₄)₂CO₃),优化电极的孔径大小和分布。当造孔剂碳酸铵的颗粒尺寸分布在10μm左右、添加量为10%(质量分数)时,构筑的高比容量硅碳负极电极的循环性能较优,循环50周后仍保持955.7 mAh·g^-1的可逆比容量,大大提升了电极的循环稳定性;通过孔隙结构的控制,电极保持较好的倍率性能,1.0C倍率下仍保持1032.6 mAh·g^-1的较高可逆比容量。将利用造孔剂优化过孔隙结构后的高容量硅碳负极应用于2安时软包装锂离子电池中,...     

铝电解槽废阴极碳基复合电极电化学性能研究

为了弥补锂离子电池能量密度低、双离子电池(DIBs)容量低的问题，将铝电解废阴极碳(SCC)与商用镍钴铝酸锂(NCA)结合，制备一种复合电极材料用于双离子电池正极。该复合电极在工作电压区间能够同时实现阳离子(Li⁺)脱出与阴离子(PF₆^-)嵌入，满足高能量密度、低成本的要求。由于低电压区间锂离子的脱嵌，SCC@NCA的初始放电比容量能够达到98.2 mAh·g^-1，较纯SCC(28.4 mAh·g^-1)有明显提高。在150mA·g^-1电流强度下循环210圈后仍有57.3%的容量保持率，并且该复合电极能够表现出378.8 Wh·kg^-1的高能量密度，即使在2677.1 W·kg^-1的高功率密度下，能量密度仍保持在187.4 Wh·kg^-1。同时由于SCC的微膨胀结构给离子的扩散提供了更宽的迁移通道，复合后电极材料表现出更小的阻抗和更高的锂离子扩散速率。优异的电化学性能为SCC的研究和应用提供了...     

Ti0.95Co0.05N/NC复合材料的制备及储锂性能的研究

氮化钛(TiN)因其具有资源丰富、无毒、低成本和高化学稳定性等特点，可作为一种新型、高容量的锂离子电池负极材料。而其较差的离子和电子传导率无法满足高能量密度锂离子电池的需求。因此，本论文通过设计制备出氮掺杂碳材料负载钴(5%)掺杂TiN纳米颗粒(Ti_0.95Co_0.05N/NC),通过调节二聚氰胺(DCDA)加入量调控碳材料的石墨化程度，优化孔结构及其电导率。其中Ti_0.95Co_0.05N/NC-1具有较高的比容量，在100 mA·g^-1电流密度下循环120圈后，比容量仍然高于530 mAh·g^-1。     

表面活性剂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料形貌和储锂性能的影响

表面活性剂在材料合成时具有形貌控制方面的重要作用,为提高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的综合电化学性能,本文通过在正极材料前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂合成过程中加入不同的表面活性剂来控制三元材料的形貌,并对煅烧后所得的高镍三元产物材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂进行形貌和电化学性能分析,结果表明：利用表面活性剂合成的产物材料有着更加规整的形貌和晶体结构稳定性;分别添加十二烷基苯磺酸钠、蔗糖、十六烷基三甲基溴化铵以及聚乙二醇之后,首次充电比容量分别可以达到232.2 mAh·g^-1、248.1 mAh·g^-1、231.3 mAh·g^-1以及216.1 mAh·g^-1,其中十六烷基三甲基溴化铵的...     

喷雾干燥法合成锂离子电池复合正极材料xLiFePO4.yLi3V2(PO4)3及性能研究

采用喷雾干燥和高温固相法合成了一系列xLiFePO4·yLi3 V2( PO4)3复合正极材料.电化学测试结果表明,0.95LiFePO4·0.05Li3 V2( PO4)3复合正极材料具有较高的比容量、优良的循环性能和倍率性能,在电压范围为2.0V～4.3V,0.1C,1C,5C条件下的放电容量分别为162.7,147.7和122.3 mAh·g-1.0.5LiFePO4·0.5Li3 V2(PO4)3和0.3LiFePO4·0.7Li3 V2 (PO4)3复合正极材料则表现出了良好的倍率性能,5C,10C充放电条件下容量保持率分别为:77％,73％,88％,82％.     

正极材料LiNi0.8Mn0.2O2前驱体合成工艺的探究

成本低、性能稳定的无钴镍锰正极材料是目前的研究热点。采用共沉淀法制备Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂前驱体, 用氨水作为络合剂, 探究了NH₃浓度对前驱体Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂共沉淀的晶粒生长和形貌的影响, 以及对锂离子电池正极材料LiNi_0.8Mn_0.2O₂的晶体结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电镜、循环伏安测试、交流阻抗和电池充放电测试系统表征材料的结构、形貌和电化学性能。表征结果显示, 在0.1 C, 2.5~4.2 V化成条件下, 初始放电比容量为167 mAh/g, 充放电效率为96%。当氨水用量为45 mL时, 样品具有较优的循环性能, 在1 C倍率下, 2.5~4.2 V的电压测试范围内, 循环100次后, 放电比容量为139 mAh/g, 容量保持率为93.9%。在低倍率充放电条件下样品具有明显优于其他材料的电化学性能。      

富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2的ZrO2包覆及电化学性能

近几年,锂离子电池富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x) LiMO₂(M=Ni、Co、Mn等) 由于其高放电比容量、高电压、低廉的价格受到人们越来越多的关注.但是,富锂材料循环性能差、倍率性能低、首圈充放电效率低和电压降等问题是阻止富锂材料商业化的几个主要原因。采用液相法合成富锂材料Li[Li_0.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13]O₂,通过表面包覆一层ZrO₂, 放电倍率1 C下循环100圈之后,2% ZrO₂包覆量的富锂材料的放电比容量比未包覆的放电比容量多53.8 mAh/g,大大提高富锂材料的循环性能.      

高性能锂离子电池负极材料一氧化锰/石墨烯复合材料的合成

通过冻干-煅烧合成了一氧化锰/石墨烯（MnO/rGO）复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料.在500 mA·g^-1的电流密度下,MnO/rGO复合材料表现出高达830 mAh·g^-1的可逆容量,且在充放电循环160圈后,其可逆容量依然高达805 mAh·g^-1.倍率测试结果显示,循环225圈后,在2.0 A·g^-1的电流密度下,其可逆容量高达412 mAh·g^-1.复合材料中的石墨烯在提高材料导电性的同时有效地缓解了一氧化锰充放电过程中的体积膨胀.通过对比容量-电压的微分分析,发现复合材料超出一氧化锰理论容量的部分是由形成了更高价态的锰引起的.MnO/rGO复合材料比纯一氧化锰（p-MnO）更容易出现高价态的锰,可能是因为rGO上残留的氧为电极反应提供了额外所需的氧源.该一氧化锰/石墨烯复合材料因其简单绿色的合成过程及优异的电化学性质,有望在未来的锂电负极中得到广泛的实际应用.     

正极材料LiFePO4的电化学性能的改进

采用固相反应法合成了LiFePO₄正极材料。在20mA/g的电流密度下进行恒电流充放电,比容量可以达到135mAh/g。为了改进LiFePO₄的性能,提高其高倍率性能,尝试了两种途径并合成出Li(Fe_0.8Mn_0.2)PO₄和LiFePO₄/C。低倍率充放电实验得出的两个样品的比容量分别可达到145mAh/g和144mAh/g,而且表现出了良好的循环性能和平坦的电压平台。以上两种方法制备出的材料均具有较好的高倍率性能。

     

新型高镍无钴正极材料LiNi0.94Mn0.04Al0.02O2的合成研究

采用固相烧结工艺合成了层状高镍无钴正极材料LiNi_0.94Mn_0.04Al_0.02O₂(NMA),并研究了不同烧结温度对NMA正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,当烧结温度过低时,NMA正极材料的结晶度偏低,并在表面形成残锂。烧结温度过高则会导致层状结构变差和电极表面有害副反应增多。在最佳烧结温度750℃下合成的NMA-750材料具有良好的颗粒形貌、最少的锂镍混排和最完整的层状结构,同时具有最佳的电化学性能：首圈放电比容量(3.0～4.5 V,1 C)为199.5 mA·h/g,循环100圈后容量保持率可达79.04%;在5 C下仍具有147.6 mA·h/g的放电比容量,倍率性能优良。     

弱结晶二氧化锰超级电容器充放电分析

以等物质的量的高锰酸钾和乙酸锰为原料,采用机械化学法制备出弱结晶型α-MnO₂超级电容器电极材料.在1.2V电压内,200mA·g^-1电流密度下对对称型超级电容器进行恒流充放电测试.采用XRD法、循环伏安及交流阻抗法对充放电前后电极材料的结构以及电化学性能进行表征,首次采用求斜率法对充放电曲线分析.结果表明:超级电容器表现出法拉第电容与双电层电容的双重特征;在循环过程中,电化学惰性物质Mn₃O₄生成,循环伏安图中氧化还原峰逐渐消失;充放电曲线的法拉第电容特征逐渐消失而接近双电层电容理想曲线;超级电容器的比容量、等效串联电阻发生了对应的变化,其最大电极比容量达到416F·g^-1,经过近500次循环后,比容量为220F·g^-1.     

压电材料K0.5Na0.5NbO3表面修饰高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2的电化学性能研究

采用原位包覆法制备压电材料K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)表面修饰高镍正极材料LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂,并对其进行电化学性能研究。XRD图谱表明,KNN表面修饰样品并未改变高镍正极材料的层状结构。通过XRD结构精修也证实了KNN的存在且本体材料的晶体结构未受影响。EDS面扫描结果表明,KNN已成功地包覆在高镍正极材料的表面。电化学性能测试结果表明,在2.8～4.3 V电压范围内,0.1 C倍率下改性样品KNN@NCM83的初始放电比容量升高;循环100圈后,改性样品仍保持157.8 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为82.3%,而原始样品NCM83仅保持133.6 mA·h/g的放电比容量,容量保持率为75.2%。与原始样品相比,KNN@NCM83表现出了更优异的倍率性能,在5 C和10 C倍率下的放电比容量分别为155.6、148.6 mA·h/g,表明KNN能有效提高高镍正极材料的Li⁺     

氧化钨/碳纳米管膜复合负极的制备及其储锂性能

氧化钨(WO₃)因具有较高的理论比容量(693 mAh/g)已成为锂离子电池负极材料的有力候选者。但在电池充放电即锂离子脱/嵌入过程中WO₃会产生较大的体积变化,导致其放电比容量快速衰减,故对其循环稳定性研究仍是热点之一。文中采用水热法和喷涂法分别在碳纳米管膜(CMF)基底上成功合成了水热型-氧化钨/碳纳米管膜(H-WO₃/CMF)和喷涂型-氧化钨/碳纳米管膜(S-WO₃/CMF)复合电极。XRD测试结果显示H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF中的WO₃分别属于单斜相和六方相。将H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF分别组装成扣式电池进行电化学性能测试,结果表明H-WO₃/CMF的首次放电比容量高于S-WO₃/CMF。当H-WO₃/CMF以0.2 C倍率循环时,第1圈放电比容量达到635 mAh/g,循环50圈时放电比容量为510 mAh/g,仍有上升趋势; S-WO₃/CMF在0.2 C倍率下循环时,第1圈放电比容量仅为515 mAh/g,在后续循环过程中容量衰减较快。交流阻抗测试结果显示H-WO₃/CMF的导电性高于S-WO₃/CMF。研究结果表明:H-WO₃/CMF作为锂离子电池负极,有望提升WO₃的电化学稳定性。      

锂离子电池负极材料ZnSnO3/C复合物的制备与性能

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点，已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO₃复合材料(ZnSnO₃/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明：当作为锂离子电池负极材料时，ZnSnO₃/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO₃电极.在200 mA·g^–1电流密度下，ZnSnO₃/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^–1，即使在大电流5000 mA·g^–1下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^–1的放电比容量，同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO₃/C复...     

复合导电添加剂对磷酸铁锂电池性能的影响

磷酸铁锂基锂离子电池由于具有高的安全性能和优异的循环性能是新能源领域的研究热点。而磷酸铁锂材料本身导电性差,在实体电池制作过程中容易出现内阻较大和倍率性能不佳等问题,因此需要研究导电添加剂组成对电池性能的影响。本文用商业化的LiFePO4、石墨和电解液为主要原料,以碳纳米管(CNT)和导电碳黑(Super P)为导电添加剂,制作了20 Ah容量兼倍率型的磷酸铁锂软包电池。扫描电镜(SEM)分析测试表明导电碳黑Super P和CNT分散均匀,可与磷酸铁锂颗粒形成点和线的接触,进而可以提供更多的附加导电通路。应用该复合导电添加剂所制作的磷酸铁锂动力电池具有1.0 mΩ内阻,电池首次效率在91%以上,正极材料克容量0.5C发挥到146.32 mAh·g-1,9C/1C接近100%,倍率性能优异,电芯经过2165周循环电池容量保持率为91.78%,循环性能优秀;而使用常规导电碳SP+KS-6的分容比容量是139.06 mAh·g-1,电池内阻均值为3.25 mΩ,电芯经过2003次循环,容量保持率为87.63%。经过优化实验条件,正极中添加3%SP+1%KS-6+1%CNT复合导电剂的电芯整体性能最佳。     

铌掺杂对镍基正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电化学性能影响

解决镍基正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的电化学循环稳定性和高温循环性能是其产业化推广应用的关键。研究了掺杂铌改性高镍正极材料,优化材料的电化学性能,提升循环稳定性。首先以硫酸盐为原料,在N₂保护气氛下,采用共沉淀法合成三元球形Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,通过高温固相反应与LiOH·H₂O,Nb₂O₅合成Li（Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1）_1-xNb_xO₂（x=0,0.01,0.02,0.03）系列正极材料。X射线衍射结果表明,Nb5+离子可少量进入正极材料晶格,并在正极材料表面形成化学稳定性好的Li₃NbO₄。当x=0.02时,在室温25 ℃,电压2.75~4.2 V,0.2 C倍率下首次放电比容量为172.9 mAh/g,100次循环后容量保持率为97.47%,在50 ℃,0.5 C倍率下循环20次容量基本不变,平均放电比容量为183.7 mAh/g,且该样品具有较好的倍率性能。      

废旧锂离子电池负极材料资源化回收再利用研究

废旧锂离子电池资源化回收利用研究主要集中在正极材料回收有价金属方面，而对负极材料的回收利用研究较少。废旧负极材料含有锂和石墨，其品位远高于矿石中含量，是极具回收价值的“城市矿山”。本文以硫酸为浸出剂，从废旧负极材料中回收锂资源和石墨。考察了硫酸浓度、固液比、时间、温度对锂浸出效果的影响。研究结果表明，H₂SO₄浓度1.5 mol·L^-1、固液比60 g·L^-1、反应时间40 min和反应温度45℃时，Li的浸出率达到98.5%。酸浸液浓缩除杂后，再制备Li₂CO₃含量为99.1%，达到国标Li₂CO₃-1产品要求。回收的石墨经X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)检测，酸浸后负极材料为纯相层状结构石墨，杂质含量少。将回收的石墨再利用为负极材料时，可逆比容量达到354 mAh·g^-1,30周循环后，可逆比容量仍有347 mAh·g^-1，容量保持率在98%以...     

LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备及其性能研究

采用二次高温煅烧法制备了三元复合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,用SEM、XRD和蓝电测试仪等对其结构和物理化学性能进行表征和测定。结果表明,材料具有较好的层状结构,在2.75~4.25V下0.2C放电容量达到151mAh/g,经50次充放电循环后,放电容量仍为初始放电容量的93%,放电容量保持率较高,是一种电化学性能优良的三元正极复合材料。