层次孔活性炭气凝胶/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以有机气凝胶RC-500为原料,采用低质量比KOH(KOH∶有机气凝胶=3∶1)活化的方法,900℃炭化活化,制备出一种具有层次孔结构的活性炭气凝胶ACA-500-3。将其作为硫载体,与单质硫在155℃熔融复合后制备出含硫量达66.2%的锂硫电池正极复合材料(ACA-500-3-S)。通过N2吸附、SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段考察ACA-500-3和ACA-500-3-S的结构和形貌,并利用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法研究ACA-500-3-S的电化学性能。ACA-500-3-S在0.2 C(1 C=1 675 m A·g-1)电流密度下,初始放电比容量高达1 287 m Ah·g-1,200圈后比容量保持在643 m Ah·g-1,并表现出良好的倍率性能,明显优于单质硫电极。     

锂氟电池用高倍率氟化多壁碳纳米管正极材料

研究了相同氟碳比的氟化石墨(F-graphtie)和氟化多壁碳纳米管(F-MWCNTs)的电化学性能。高纯石墨化多壁碳纳米管经氟化处理后,获得一种核壳结构的F-WMCNTs(氟碳原子比C/F=1∶1)。经TEM、XRD、XPS表征表明,F-WMCNTs外层被氟化,形成氟化碳结构,而内层依然保持原有的石墨结构。以此F-WMCNTs作正极活性材料组装成锂氟(Li/CF_x)一次电池。经电化学测试表明,在相同的放电倍率下,对比F-graphite电极(C/F=1∶1),F-WMCNTs电极能够有效提高Li/CF_x一次电池的放电容量和电压平台。大倍率(≥1 C)放电时,尤其明显。当放电倍率为0.05 C时,F-WMCNTs极和F-graphite电极比容量分别为822 m Ah/g和786.1 m Ah/g,F-WMCNTs电极放电容量比F-graphite电极提高4.5%。当放电倍率为2 C时,F-WMCNTs电极和F-graphite电极分别达到375.4 m Ah/g和283.7 m Ah/g,F-WMCNTs电极的放电比容量比F-graphite电极提高了32.2%。F-WMCNTs电极显示出优异的倍率性能。     

氧化炭黑/Ni_3S_2-S正极材料在Li-S电池中的应用研究

制备了氧化炭黑与Ni_3S_2复合材料作为导电客体的硫正极材料,并研究了基于此硫正极的锂硫电池的电化学性能。研究结果证明,Ni_3S_2作为共同导电客体材料可以使锂硫电池具有更好的倍率性能和循环稳定性。在1C的充放电倍率下,锂硫电池在300次循环后可逆容量为595mAh/g;其中,首次放电比容量达到1163mAh/g。     

三维多孔碳纳米片PC/CNT夹层高性能锂硫电池

为了抑制多硫化物的溶解与扩散,改善锂硫电池的电化学性能,利用多孔碳纳米片(PC)与多壁碳纳米管(MWCNTs)复合形成新型三维多孔碳纳米片(PC/CNT)夹层来捕获可溶性多硫化物。其中,MWCNTs提供高效的导电通道并维持电极结构完整性;一维碳纳米管和二维多孔碳纳米片形成三维互联结构,有利于电/离子快速传输。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等进行结构和性能的表征。电化学测试结果表明,PC/CNT夹层高性能锂硫电池在0.05C倍率下首次放电比容量达到1 311 m Ah/g,活性物质的利用率高达78.8%。在2C倍率下循环5次后,放电比容量仍然达到941 m Ah/g,是首次比容量的71.8%,且库伦效率仍然保持在96%,显示出良好的倍率和循环性能。     

椰壳活性炭孔结构对Li-S电池性能的影响

以椰壳为原料,采用化学活化法制备不同比表面积和孔结构的活性炭,通过改变制备工艺参数来调节活性炭的比表面积和孔结构。将活性炭负载60%(质量分数)硫后,作为锂硫电池的正极材料,研究活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响。结果表明:随着活性炭比表面积的增加,中孔比例增加,锂硫电池比容量逐步提高。其中,当活化剂与炭化料的质量比为4时,活性炭的比表面积达到2900m2/g,中孔率达到15.36%。在电流密度为200mA/g时,首次放电比容量高达1294.5mAh/g,循环100次后的可逆比容量仍然高达809.3mAh/g。     

微膨石墨锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

以天然鳞片石墨为原料,利用电泳插层法制备出具有适当膨胀体积的微膨石墨,石墨的结构缺陷增多,具有较大的比表面积和增大的石墨层间距。微膨石墨的可逆容量可以达到521 m Ah/g;在0.2 C倍率循环充放电30次容量最佳可保持在99%以上,在1.0 C循环50次其容量可稳定在188 m Ah/g,且表现出良好的倍率性能。微膨石墨电化学性能的改善得益于其具有适当的比表面积及内部结构的改变。交流阻抗测试显示微膨石墨的SEI膜阻抗和电荷传递阻抗小于鳞片石墨,具有良好的电化学活性。     

磷掺杂石墨相氮化碳的制备及其在锂硫电池中的应用

通过热缩聚合成法,采用尿素为原料,制备石墨相氮化碳(g-C₃N₄),以磷酸氢二胺作为磷源,制备不同磷含量的磷掺杂g-C₃N₄ (xP-CN),研究磷掺杂对xP-CN的微观结构、形貌及xP-CN/S复合材料作为锂硫电池正极材料电化学性能的影响。研究表明,磷掺杂后xP-CN的层间距增大,导电性提高,比表面积变大,10% P-CN的比表面积最大达到101.741 m2·g?1。10% P-CN/S复合材料在0.05 C (1 C=1675 mA·h·g?1)下首次放电比容量达到1383.8 mA·h·g?1,在0.2 C下循环100次后可逆比容量为860.0 mA·h·g?1,而g-C₃N₄/S复合材料比容量仅为178.3 mA·h·g?1;10% P-CN/S复合材料经过倍率测试后比容量可以回复到0.2 C时的93.6%,表现出良好的循环性能和倍率性能。      

石墨烯改善锂离子电池正极材料LiCoO_2电化学性能的研究

采用改性Hummers法制备了氧化石墨烯和通过化学还原法还原氧化石墨制得石墨烯,及以石墨烯作为正极材料LiCoO2的导电剂,并研究它们对锂离子电池电化学性能的影响。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果表明,石墨烯的表面褶皱使其能有效地包裹LiCoO2颗粒,形成面接触的导电界面,从而显著提高了导电性。充放电实验表明,石墨烯的加入有利于提高LiCoO2的电化学反应活性、放电容量和高倍率循环性能。相对于传统的炭黑,LiCoO2的放电容量在0.2 C下提高了10 m Ah/g。石墨烯/LiCoO2电池在1C倍率下,循环300次后,放电容量由145.0 m Ah/g衰减到137.8 m Ah/g,放电容量能保持初始容量的95.1%。石墨烯/LiCoO2电池在20 C倍率下的放电容量达到132.1 m Ah/g,是1 C放电容量的91.1%。     

纳米LiFePO4/C复合材料的制备和性能

以Fe(NO3)3·9H2O、H3PO4和稀氨水为原料,用控制结晶法制备FePO4·x H2O,研究了表面活性剂CTAB和PEG对FePO4·x H2O材料的影响。再以Li2CO3、蔗糖和高温烧结后的FePO4为原料用碳热还原法制备了纳米LiFePO4/C复合材料。用SEM、XRD、充放电测试、循环伏安测试等手段对该复合材料进行表征,研究其电化学性能。结果表明:添加表面活性剂制备的LiFePO4/C复合材料纳米颗粒呈球形且团聚减少,提高了材料的倍率性能和循环性能,其中添加CTAB制备的LiFePO4/C材料的颗粒最小、分散性较好,0.1C时的首次放电比容量为159.8 m Ah·g-1,10C倍率下比容量仍达到132.4 m Ah·g-1。     

豆渣活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响

以固体废弃物豆渣为原料,采用化学活化法制备了不同孔结构的活性炭,并以活化后的碳材料负载硫作为锂硫电池的正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、热重和比表面分析仪对复合材料进行结构、形貌和孔径分析,通过充放电性能测试对锂硫电池进行电化学性能分析。电化学测试结果表明,DZC/S-5复合材料在0.1C电流密度下首次放电比容量可达1 238.9mA/h,经过100次循环后,比容量保持了871.3mAh/g,平均每循环仅衰减了0.29%,库伦效率约95%,表现了最佳的电化学性能。     

新型离子液体基功能电解质材料研究

作为电池的重要组成部分,电解质在很大程度上影响着锂电池的安全性、温度适应性、充放电性能和循环寿命。研究合成了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)-N-甲基-N-甲氧基乙基吡咯烷双(三氟磺酰亚胺)(Pyr1,2O1TFSI)/亚硫酸酯电解质,展现出良好的离子传导性、电极相容性和宽工作温度范围,其中LiODFB-Pyr1,2 O 1TFSI/DMS电解质体系的电导率和锂离子迁移数分别为8.163×10~(-3)S·cm~(-1),0.28。首次将离子液体基电解质体系的应用温度范围拓展到-40℃,使Li/MCMB电池和Li/LiFePO_4电池在-40~60℃的工作温度范围内均表现出理想的电化学性能。以Li[N(SO_2CF_3)_2](LiTFSI)作为锂盐,将三(乙二醇)二甲醚(TEGDME)作为共溶剂,结合离子液体Pyr1,2O 1TFSI,制备系列Li/S电池电解质。含Li TFSI-(70 wt%)Pyr1,2 O 1TFSI/(30 wt%)TEGDME电解质的Li/S电池表现出优秀的循环性能和倍率性能,在0.1 C充放电倍率下,首周循环周期放电比容量1 212.8 m Ah·g~(-1),循环100周后仍然维持在693.5 m Ah·g~(-1)。在1 C放电倍率下,循环100周放电比容量约为827.3m Ah·g~(-1),库伦效率达到99%以上。同时,该电解质还具有良好的高温性能,电池在80℃仍然可以正常工作,放电容量达1 005.3 m Ah·g~(-1)。在总结相关研究工作的基础上,从离子液体/有机共溶剂电解质体系出发,首次半定量对离子液体/共溶剂体系和电化学基本性质间的构效关系进行了深入分析,对未来面向不同应用方向的锂二次电池电解质体系的设计合成具有一定的理论意义和参考价值。     

C/LLZO复合隔膜的磁控溅射制备及其对多硫化物抑制效应北大核心CSCD

通过磁控沉积技术在聚丙烯(PP)商业隔膜表面构建了碳/锆酸镧锂(C/LLZO)功能结构,以实现高效阻碍多硫化物扩散,提高电池比容量。本文对多层隔膜表观形貌、孔隙率、电解液亲和性和电化学性能等进行表征。研究结果表明:导电碳的引入改善了硫正极的绝缘缺陷,LLZO特有的结构也提高了锂离子电导率,同时磁控溅射方法有效避免了直接涂覆法带来的隔膜孔隙率大大降低等问题。C/LLZO双溅改性隔膜的离子电导率高达3.44 m S/cm,是商业隔膜(PP/Celgard2400,1.93m S/cm)的1.78倍;在0.2 C下首次充放电比容量达905.34 m Ah/g,200次循环后依然保持在780.06 m Ah/g,容量衰减率为每循环0.069%,优于商业隔膜的0.80%,显示出优异的循环稳定性。     

C/LLZO复合隔膜的磁控溅射制备及其对多硫化物抑制效应

通过磁控沉积技术在聚丙烯(PP)商业隔膜表面构建了碳/锆酸镧锂(C/LLZO)功能结构,以实现高效阻碍多硫化物扩散,提高电池比容量。本文对多层隔膜表观形貌、孔隙率、电解液亲和性和电化学性能等进行表征。研究结果表明:导电碳的引入改善了硫正极的绝缘缺陷,LLZO特有的结构也提高了锂离子电导率,同时磁控溅射方法有效避免了直接涂覆法带来的隔膜孔隙率大大降低等问题。C/LLZO双溅改性隔膜的离子电导率高达3.44 m S/cm,是商业隔膜(PP/Celgard2400,1.93m S/cm)的1.78倍;在0.2 C下首次充放电比容量达905.34 m Ah/g,200次循环后依然保持在780.06 m Ah/g,容量衰减率为每循环0.069%,优于商业隔膜的0.80%,显示出优异的循环稳定性。     

中空核壳结构α-MoO_3-SnO_2复合电极可控制备及储锂性能研究

采用醇热技术可控制备了中空核壳结构α-MoO3-SnO2二次锂离子电池复合负极材料。通过XRD、SEM、TEM、CV和恒流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:构建的多元金属氧化物既具有电化学活性成分,又含有骨架支撑部分,独特的中空结构有效地缩短了电子和锂离子传输路径。电化学测试表明:该材料在电流密度50 m A/g时循环100次后放电比容量仍高达865 m Ah/g。在电流密度为1000 m A/g时循环100次后放电比容量仍达到545 m Ah/g,表现出优异的循环性能和倍率性能。该合成方法简单、成本低,产量高,可为制备其它中空核壳结构先进功能材料提供借鉴。     

改进固相法制备LiFePO4/C正极材料及其性能

采用改进的固相反应法制备了掺碳的磷酸铁锂正极材料,并用XRD,SEM,元素分析,红外光谱及激光粒度分布仪等对样品进行了测试分析.结果表明,样品具有单一的橄榄石结构和较好的放电平台(约3.4V),粒度较小粒径分布均匀,0.1C首次放电比容量为137.8mAh/g,循环20次后容量保持率为92.6%,以1C倍率首次放电比容量为129.6mAh/g,循环20次后容量下降10.8%.     

羟基化多壁碳纳米管掺杂抑制锂硫电池的穿梭效应

为了抑制锂硫电池的“穿梭效应”,改善锂硫电池的电化学性能。正极片掺杂羟基化多壁碳纳米管（MWCNTs—OH）,利用亲水性羟基官能团对多硫化物的吸附作用,阻止多硫化物的扩散,增加有效物质的利用率,抑制穿梭效应的产生,提高锂硫电池的容量和循环性能。利用TEM、SEM和EDS等进行结构和性能表征。电化学测试结果表明,掺杂MWCNTs—OH的锂硫电池,放电容量明显提高。在0.1 C倍率,首次放电比容量达到1 281 mAh/g,首次库伦效率接近96.7%,循环10次后比容量还保持在882 mAh/g。在0.2 C、0.5 C和1 C倍率下充放电时,电池首次放电比容量分别达到794.2 mAh/g、712.2 mAh/g和557.3 mAh/g,显示出极佳的倍率性。      

Na+掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电化学性能的影响

高镍三元正极材料LiNi0.8 Co0.1 Mn0.1 O2(简称NCM811)是非常有前景的动力电池用锂离子电池正极材料.LiNi0.8 Co0.1 M n0.1 O2具有比容量高、成本低、环保等优点,但也存在锂镍混排严重,容量衰减快等缺点.为解决这些问题,促进该材料在动力电池中的应用进程,本研究采用高温固相法合成了NCM811,并通过Na+掺杂对材料进行改性.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料进行形貌和结构表征.采用循环伏安(CV)、循环、倍率以及电化学阻抗(EIS)等手段研究材料的电化学性能.研究结果表明:在2.7～4.3 V,0.5 C放电条件下,当Na+掺杂量为0.1摩尔分数时,显示了185 m A h/g的初始放电比容量,循环100次后,仍保持151 m A h/g,显示出较好的循环性能.在0.2 C,0.5C,1C,2C,5C和10C下材料的放电比容量分别为195,184,158,137,112和90mAh/g,展现出较好的倍率性能.因此,适量的Na+掺杂能有效提高NCM 811材料的电化学性能.     

玉米芯活性炭的制备及其电化学性能研究

以玉米芯为原料,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭。利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能。研究了脱灰对玉米芯活性炭孔结构及其电化学性能的影响。结果表明,在碱炭比3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下,可以制备出比表面积为2019m2/g、总孔容为1.084cm3/g、中孔率为15.6%的高比表面积活性炭。玉米芯经脱灰处理可以显著改善其所制活性炭的孔隙发达程度和中孔分布,脱灰玉米芯活性炭的比表面积、总孔容及中孔率分别可达2311 m2/g、1.246cm3/g和26.0%。玉米芯活性炭电极材料在3mol/L KOH的电解液中具有良好的电化学性能,其比电容量可达253F/g。脱灰玉米芯活性炭电极的比电容量更高(可达278F/g),比电容提高9.9%,且内阻更小。     

锂硫电池正极材料Ni_3S_2/C/S的制备及电化学性能

以配合物为模板和镍源,蔗糖为碳源,通过一步高温法获得片状硫化镍/炭(Ni_3S_2/C)材料。采用XRD,SEM,FT-IR,XPS对制备的材料进行表征。以此材料作为锂硫电池正极活性物质的载体并进行充放电等测试,结果表明,在0.2C的倍率下,硫电极首次放电容量为1392.7mAh/g,循环100次后的放电容量仍然保持有1009mAh/g,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性。进一步研究表明Ni_3S_2在改善硫电极性能和抑制穿梭效应发挥重要作用。     

磷酸法活性炭作为离子液体超级电容器电极材料的研究

为了研究工业化上广泛应用的磷酸活化法所制备的活性炭在离子液体基超级电容器领域的应用潜力,本文采用磷酸作为活化剂,杉木屑作为原料,制备活性炭电极材料。采用N_2吸附/脱附等温线、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等方法表征了活性炭的孔隙结构与形态。采用[BMIM][PF_6]离子液体作为电解质,通过循环伏安法、恒电流充/放电和交流阻抗等方法研究了磷酸活性炭作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果显示,在800~950℃温度下,通过调节浸渍比,磷酸活化法可以制备出中孔孔容比例达66%以上的中孔活性炭;在浸渍比为3∶1的条件下,所制得的活性炭电极的比电容量可达162 F/g,组装成对称电容器的能量密度可达22.5 Wh/kg(在0.5 A/g下);且具有较好的倍率特性和循环稳定性,在5 A/g的电流密度下充/放电5 000次后容量保持率为86%。因此,高温磷酸活化法是一种制备离子液体电解质超级电容器活性炭的方法