纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

核壳结构米粒状FeS2/C纳米材料制备及储锂性能研究

通过阴离子置换反应制备出具有核壳结构的米粒状FeS₂/C纳米材料。所制备材料具有较高的离子和电子电导,优异的电解液浸润特性,以及缓冲材料体积变化的能力。在作为锂离子电池负极材料时,FeS₂/C电极具有较高的可逆比容量以及优秀的倍率性能,100 mA·g^-1电流密度下可逆比容量高达1100 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下,依然有866 mA·h·g^-1可逆比容量。研究结果为其他核壳材料的制备提供了新的思路和方法。     

复合溶胶–凝胶一锅法制备锂离子电池氧化亚硅/碳复合负极材料

采用复合溶胶–凝胶法结合后续热处理,制备了具有包埋结构的氧化亚硅/碳(SiO_x/C)复合负极材料。扫描电子显微镜分析结果表明:氧化亚硅纳米颗粒嵌入在无定形碳中。电化学性能测试表明:SiO_x/C复合材料具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。材料在0.1 A/g的电流密度下100次循环后的可逆比容量为710 m A·h/g,容量几乎无衰减;在1.6 A/g的电流密度下,可逆比容量为380 m A·h/g。优异的电化学性能是由于材料的包埋结构能有效地缓冲SiO_x充放电过程中的体积膨胀,保证材料的结构完整性和电化学循环稳定性。     

一步电沉积法制备硫化镍/泡沫镍材料及其赝电容性能研究

通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了3D硫化镍(Ni₃S₂)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni₃S₂/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850 F/g。将电流密度提高到10 A/g,该材料比电容仍能达到1972 F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni₃S₂材料有望应用于电化学储能领域。     

Co3O4@MnO2空心核壳材料的制备及电容性能研究

以二甲基咪唑和六水硝酸钴为原料合成ZIF-67,采用水热法在ZIF-67表面生长MnO₂纳米片,经热处理获得空心Co₃O₄@MnO₂核壳材料。表面网状纳米片具有更多的活性位点,同时为电解液渗透提供扩散通道,空心材料的薄壁提高了电子的迁移效率。电容性能测试结果表明,Co₃O₄@MnO₂/泡沫镍（Co₃O₄@MnO₂/NF）电极在0.5 A/g电流密度下容量达到278.3 F/g,高于ZIF-67/NF电极（53.7 F/g）和ZIF-67@MnO₂/NF电极（192.8 F/g）;循环5 000次后容量仍保持了最大值的80.5%,具有优异的稳定性。     

柔性、自支撑CNT/Si复合薄膜的制备及储能性能

开发了一种制备大面积CNT/Si柔性自支撑薄膜的方法,制备的CNT/Si复合薄膜尺寸可调且具有良好的柔性。作为锂离子电池负极,薄膜中硅的负载量对电极比容量及循环稳定性有显著影响。硅负载量为52%的CNT/Si复合电极表现出优良的电化学性能,1 A/g电流密度下电极充电比容量为1156 mA·h/g,循环200圈可逆充电比容量为975 mA·h/g,容量保持率达84%。     

磷化钴/氮磷共掺杂碳复合材料的制备及其储锂性能

金属磷化物在储能方面具有优异的电化学性能。然而磷化物电导率低,体积膨胀严重,易导致材料粉化、脱落,影响电池的电化学性能。因此采用盐模板法制备了三维蜂窝状的磷化钴/氮磷共掺杂碳纳米材料(CoP₂/NPC)。三维多孔的纳米结构有利于离子/电子传输,当电流密度为100 mA/g时,循环100圈后,CoP₂/NPC具有560.1 mA·h/g的比容量,当增大电流密度到5 000 mA/g时,其放电比容量仍具有355.3 mA·h/g的稳定容量。     

基于GO模板法制备金属氧化物超薄纳米片及其超电容性能的研究

采用GO模板法制备ZnO、NiO、Co_3O_4超薄纳米片,选用三维多孔泡沫镍作(NF)为导电基材,并通过一步水热法制备出ZnO/NF、NiO/NF、Co_3O_4/NF复合电极材料,探究三种纳米片材料对复合材料的结构和电化学性能的影响,Co_3O_4/NF复合电极材料,因其具备高度开放的多孔结构,增加了与电解液的接触面积,为氧化还原反应提供了有利的条件,在电流密度为3 A·g~(-1)时,质量比电容高达2633 F·g~(-1),因此,Co_3O_4/NF复合电极材料的电容性能最好。     

水热法制备氧化钴/泡沫镍材料及电容性能分析

利用简单的水热法制备出不同反应液浓度、不同反应时间以及不同反应温度氧化钴/泡沫镍（CoO/NF）电极，旨在改善氧化钴材料的比电容及稳定性。通过XRD、SEM、TEM、EDS Mapping和BET对其结构和形貌进行了表征，同时在1mol/L氢氧化钾（KOH）电解液中采用循环伏安曲线（CV）、充放电曲线（CP）、循环性能测试、大电流充放电测试以及交流阻抗（EIS）测试研究了其电化学性能。表征结果显示氧化钴均匀地分布在泡沫镍载体表面，且片状结构CoO-8h/NF具有较大的比表面积和多孔特性。在三电极体系中，电化学测试结果显示CoO-8h/NF在1mA/cm²电流密度下表现出最好的电容性能，比电容可以达到930mF/cm²。在10mA/cm²电流密度下对CoO-8h/NF电极进行10000次恒电流充放电测试，循环测试后电极的比电容几乎没有衰减，具有较好的稳定性，是超级电容器比较理想的正极材料。     

柔性TiO2@CNFs@SnS2复合纤维膜的制备及电化学性能研究

利用静电纺丝技术结合水热法制备了一种柔性TiO2@CNFs@SnS2复合纳米纤维薄膜.超薄的SnS2纳米片生长在TiO2的碳纳米纤维上形成分层独特的柔性纤维薄膜,其作为锂离子电池的负极材料具备优异的电化学性能,在0.2 A/g的电流密度下充放电循环300次,可逆容量能保持在400 mA·h/g左右.此外,该电极也表现出...     

石墨烯负载纳米二硫化钴的制备及其在锂离子电池方面的应用研究

采用二次水热法将纳米二硫化钴负载于石墨烯上,并通过结构表征和电化学性能测试,探讨了纳米二硫化钴/石墨烯材料作为锂离子电池负极的性能。电容量测试结果表明：在电流密度为100 mA/g条件下,二硫化钴/石墨烯复合材料的首周充放电容量分别为1 610 mA·h/g和774 mA·h/g,测算出的库伦效率为48.1%;循环性能测试结果表明：经过50次循环测算后的复合材料的放电比容量为302 mA·h/g,容量保持率为33.4%;倍率性能测试结果表明：当电流密度回复到100 mA/g时,复合材料的比容量恢复至550 mA·h/g。实验制备的纳米二硫化钴/石墨烯复合材料在锂电池负极的应用上表现出了优异的循环性能和倍率性能。     

钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。     

离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池

合成了功能化离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺盐（BMIMTFSI）作为高压锂离子电池电解液添加剂,用于抑制有机溶剂的氧化,以提高碳酸酯类电解液的耐高压性。分别采用充放电测试、电化学交流阻抗（EIS）、循环伏安法（CV）和扫描电子显微镜（SEM）等研究了LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池的电化学行为和LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料表面形貌。结果表明,当在电解液中添加20% （体积分数）BMIMTFSI时,LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池在室温、0.2C下的最高放电比容量是126.81 mA·h·g^-1,5C下的放电比容量为109.36 mA·h·g^-1,比在1 mol·L^-1 LiPF₆-EC/DMC电解液中的放电比容量提高了91.7%;且该电池在0.2C下循环50圈后的放电比容量保持率在95%左右,比用碳酸酯类电解液提高了近10%。SEM结果表明,在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI后,LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面（SEI）膜。     

超薄氮硫掺杂碳包覆二硫化铁的制备及储钠性能

钠离子电池（SIBs）因元素丰度高、成本低,在大规模储能领域具有广阔的应用前景,因此探索潜在的适配钠离子电池电极材料具有重要的研究意义。其中,高容量转化型负极材料硫化铁因元素丰度高、成本低、环境友好等优点备受关注。以活性大红染料为碳源,通过溶剂除杂和高温退火过程合成了小于2 nm超薄氮、硫掺杂碳材料包裹二硫化铁（FeS₂/N,S-C）微米颗粒复合材料。三维连续的碳网络与杂原子掺杂,能够协同促进快速的电子传导,可有效缓解二硫化铁储钠过程中的体积膨胀;同时,质量分数低于4%的极低碳含量有助于提升电极和电池的质量及体积能量密度。研究结果表明,FeS₂/N,S-C电极具有较高的可逆比容量（在0.1 A/g电流密度下可逆比容量达到758 mA·h/g）和优异的倍率性能（在10 A/g电流密度下保持207 mA·h/g的可逆比容量）。该研究工作不仅提供了一种潜在的低成本钠离子电池复合负极材料的制备方法,同时探索了高效氮掺杂碳包覆的新思路。     

片状LiFePO4/C正极材料制备及其电化学性能研究

在温和的反应条件下，使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)成功合成了片状二水磷酸铁，并将其与氢氧化锂、柠檬酸球磨混合，采用碳热还原法制备了具有纳米厚度的片状LiFePO₄/C电极材料。研究了SDBS对磷酸铁形貌以及LiFePO₄/C电极材料电化学性能的影响。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和充放电测试等技术手段，对合成样品的物相、形貌和电化学性能进行了分析测试。电化学测试表明，在25℃，2.0～4.2 V电压范围条件下，使用片状二水磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C样品，在0.1 C下放电比容量高达166.4 mA·h·g^-1，且首次库仑效率达到99.6%，在1 C下循环500次容量保持率为99%，表现出了优异的电化学性能。     

Li2MnO3复合LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料制备及电化学性能研究

通过采用共沉淀法制备了Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1（OH）₂前驱体,利用固相法研磨混合碳酸锰和碳酸锂,在氧气氛围下煅烧制备得到了Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂复合材料,通过利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）表征了所制备材料的结构、成分和形貌等。通过恒流充放电、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与未改性材料进行对比,3%（质量分数）Li₂MnO₃复合改性材料0.5C下首次放电容量为183 mA·h/g,经过120次充放电循环,容量保持率为93.9%;同时,在高倍率下复合改性材料放电容量也得到提高。因此,采用固相法煅烧复合Li₂MnO₃-LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,可以制备出电化学性能优异的正极材料。     

Fe掺杂宣纸基碳纤维材料的储锂性能

为了改善目前锂离子电池电极材料的成本高、环境污染等问题,本文提出了一种由植物纤维构成的宣纸直接烧结炭化并对其进行改性之后作为锂离子电池负极材料的方法。通过改变烧结温度和时间,探究宣纸的最佳炭化机制,之后通过简单的溶液法和烧结法掺杂入Fe对宣纸基碳纤维材料进行改性。并通过X射线衍射光谱（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析（EDS）等分析手段对制备的材料进行了表征和对比,结果表明Fe成功均匀掺入到宣纸的原材料中。材料有很强的柔性可直接作为电极使用,结构均匀且稳定,并且在微观结构上,表面较之前呈现出了很多均匀的微孔。通过恒流充放电法分析了所制备宣纸材料作为锂离子电池负极的储锂性能。结果表明,在500mA/g电流密度下锂离子电池容量首圈可达到565.4mA·h/g,当电流密度高达2500mA/g时可逆容量仍然能够保持在124.7mA·h/g;在1000mA/g电流密度下可以保持稳定的长循环至1000圈。