SnO2-Fe2O3复合材料应用于碳纳米管集流体对锂离子电池性能的影响

水热合成法制备纳米SnO₂-Fe₂O₃复合材料,以SnO₂-Fe₂O₃为活性物质,多壁碳纳米管（MWCNTs）导电纸代替传统铜箔作为负极集流体制作锂离子电池。采用XRD、SEM进行表征,结果显示,SnO₂-Fe₂O₃均匀嵌入到MWCNTs构建的三维导电网络的空隙中。电化学测试结果表明,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸作为负极电极能够显著提高锂离子电池的循坏和倍率性能。在100 mA/g电流密度下循环30次,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸电池比容量达到1 088 mAh/g,而在200 mA/g电流密度下循环200次后,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量能稳定保持在898 mAh/g,表现出良好的循环性能,逐渐增大充放电电流,电池的比容量有所下降但其库伦效率仍然保持在96%以上,而在高倍率（1 600 mA/g）下进行充放电时,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量仍然能够保持在547 mAh/g,之后再将电流密度降到100 mA/g,比容量重新回到1 000 mAh/g,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸表现出十分优异的电化学性能。      

多孔碳纳米管纸负载中空硅微球作为阳极的高容量锂硅电池

为提高硅基锂离子电池的电化学性能,制备了一种多微孔结构的集流体。以纸纤维为基体,多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电剂,制得MWCNTs/纸纤维复合多孔导电纸代替铜箔作为负极集流体。MWCNTs负载中空Si微球复合材料作为负极活性材料。FESEM分析显示,中空Si-MWCNTs复合活性物质均匀分布在MWCNTs构建的三维导电网络的孔隙中,从而保证了材料的结构稳定性和化学稳定性。所制备的中空Si-MWCNTs/纸纤维复合锂离子电池具有良好的循环稳定性和较高的比容量,同时具有可逆性。在0.02 C的电流密度下,循环30次后其比容量稳定在1 300 mAh/g。在3 C的大电流密度下,比容量仍可稳定保持在330 mAh/g。恢复0.25 C充放电后,容量恢复为1 150 mAh/g。     

Si@环化聚丙烯腈/多壁碳纳米管负极复合材料的制备及电化学性能

通过简单高能球磨和高温热解法制备了锂离子电池Si/C电极复合材料,聚丙烯腈（PAN）包覆的纳米颗粒（Si@PAN）与多壁碳纳米管（MWCNTs）混合,制得Si@环化PAN/MWCNTs（Si@c-PAN/MWCNTs）复合材料作为锂离子电池的负极材料。包覆在纳米Si外层的高温热解后的PAN能够有效缓冲Si在充放电过程中巨大的体积变化产生的应力,同时MWCNTs作为Si@c-PAN的基体阻止Si@c-PAN颗粒的团聚,也提高了Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的导电性能。电化学测试结果表明,Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极在电流密度为0.2 A/g时,其首次放电比容量达到2 098 mA?h/g,库伦效率达到86%;循环50次后Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的可逆比容量仍能够达到1 278 mA?h/g,在2 A/g放电时其比容量为600 mA?h/g,仍保持良好的循环稳定性。      

无黏结剂柔性Si/CNT/纤维素复合阳极及其电化学性能

硅/碳复合材料作为最具潜力的下一代阳极材料,受到广泛关注。为减少硅巨大膨胀所产生的应力,避免硅纳米颗粒的粉化,提高硅基锂离子电池的电化学性能,制备了一种多微孔结构的多壁碳纳米管(MWCNTs)纸,嵌入纳米硅制得Si/MWCNTs/纤维素复合柔性锂离子电池阳极。FESEM显示,纳米硅均匀地嵌入在MWCNTs构建的三维导电网络中,纳米硅和导电载体具有良好的接触,使得界面电阻大幅下降,同时纳米硅在电池充放电过程中具有足够的膨胀空间,保证了材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学检测显示,其首次放电比容量达到2024 mAh/g,循环30次后比容量维持在850 mAh/g,展示出良好的循环稳定性和较高的比容量。同时,其制作工艺相比传统涂敷类阳极得以简化,可操作性高,易于实现产业化。     

碳纳米管多微孔集流体对氧化锡锂离子电池性能的影响

以纸纤维为基体,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,采用真空抽滤法制得多微孔结构的导电纸。将MWCNTs导电纸作为负极集流体代替铜箔应用于氧化锡锂离子电池。采用场发射扫描电镜(SEM)进行表征。SEM显示,Sn O2均匀地分布在MWCNTs构建的三维导电网络的孔隙中。对循环后的MWCNTs导电纸负载Sn O2极片进行EDS元素分析,结果表明,三维多微孔集流体能充分均匀吸附Sn O2浆料,从而保证基体材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学测试表明,MWCNTs导电纸作为负极材料Sn O2的集流体能够有效改善电池性能。在100 m A/g电流密度放电时,60次循环后比容量为580 m Ah/g,逐渐增大电流密度时电池比容量下降较为平缓,库伦效率保持在97%以上。     

具有石墨碳骨架结构的硅碳负极材料的制备与电化学性能研究

硅碳材料作为锂离子电池负极材料具有广阔地发展前景。利用水热法和高温碳化法制备了蔗糖碳/硅复合材料(SC/Si),并在此基础上与石墨复合制备出具有石墨导电骨架结构的蔗糖碳/硅-石墨复合材料(SC/Si-Gr),并探究其作为锂离子电池负极材料电化学和电池性能。结果表明，蔗糖碳均匀包覆在纳米硅表面，形成的蔗糖碳/硅复合材料的电化学性能和电池性能随着蔗糖碳含量增加而提高。随着石墨的引入，构建的SC/Si-Gr三元复合材料的电化学性能得到进一步提升。当蔗糖：硅：石墨投料质量比为1∶1∶0.5时，形成的SC/Si-Gr(1∶1∶0.5)复合材料，在电流密度为0.1 A/g条件下，第三圈稳定之后的放电比容量为1 005.1 mAh/g;循环100圈之后放电比容量为819 mAh/g,充放电库伦效率保持在98%左右。在1 A/g大电流密度下，平均放电比容量为437.91 mAh/g。这归功于石墨的加入形成有效的导电骨架结构，提高了首次循环库伦效率，加速锂离子的传输速率，使蔗糖碳/硅-石墨复合材料呈现出良好的循环稳定性和充放电倍率性能。     

基于海藻酸镁水性黏结剂的高性能硅基锂离子电池

黏结剂对于硅基锂离子电池性能起着至关重要的作用。提出采用水性、二价多糖化合物海藻酸镁作为黏结剂,提高硅负极锂电性能的思想。研究工作显示,相比常用的羧甲基纤维素钠黏结剂,采用海藻酸镁黏结剂的硅基锂离子电池具有更好的循环性能,在较高电流密度下具有更高的可逆充放电比容量。200mA/g电流密度下,100次循环后容量仍保持在1500mAh/g左右。在1000mA/g电流密度下,可逆比容量仍然有大约1300mA/g。海藻酸镁黏结剂对于硅负极锂离子电池性能的改善作用可能与二价镁离子对海藻酸盐能够诱导起到交联作用,从而增强其对于硅纳米粒子的黏结有关。研究成果显示海藻酸镁有希望成为一种新型高性能水性硅基锂离子电池黏结剂。     

多壁碳纳米管纸作正极集流体的锂硫电池性能

为了改善锂硫电池的循环性能,以纸纤维为基体,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,采用真空抽滤法制得MWCNTs导电纸,并将MWCNTs导电纸作为正极集流体代替铝箔应用于锂硫电池。对MWCNTs导电纸进行了形貌结构表征和电化学性能测试,并对循环后的MWCNTs导电纸电极进行EDS检测。结果显示,MWCNTs均匀地附着在纸纤维基体上,多空隙的MWCNTs导电纸三维结构明显。采用MWCNTs导电纸作集流体的锂硫电池在0.05C和1C倍率充放电下循环30次,比容量分别保持615mAh/g、496mAh/g,库伦效率达97.5%以上,且电荷转移电阻在循环后降低。EDS元素分析结果证实MWCNTs导电纸对多硫化锂有吸附作用,从而一定程度抑制了锂硫电池的穿梭效应。因此,以MWCNTs导电纸作为集流体能有效增加活性物质硫的负载量和接触面积,使锂硫电池具有良好的循环稳定性和库伦效率性能。     

VO_2/rGO复合材料的制备及作为高容量锂离子电池负极的研究

采用简易的一步水热法实现了VO_2和rGO的有效复合,通过XRD、SEM、Raman等手段对复合材料的结构和形貌进行了表征,评估了该材料作为锂离子电池负极的电化学性能。结果显示,VO_2为片状形貌,氧化石墨烯在水热反应中被还原,与VO_2片形成了良好的复合结构。电化学数据显示,在100 mA/g电流密度下,VO_2/rGO复合材料可逆容量高达621.8mAh/g,远高于石墨的理论容量(372mAh/g)。在300mA/g电流密度下,该材料在100次循环后容量保持在384mAh/g。更重要的是,在2 000mA/g电流密度下,300次循环后容量仍维持在256mAh/g,容量保持率接近100%。基于rGO良好的导电性能以及VO_2与rGO的协同作用,制备的VO_2/rGO复合材料体现了较高的可逆比容量和良好的倍率性能及循环稳定性能,是一种具有前景的锂离子电池负极材料。     

喷雾造粒制备纳米硅-硬碳复合材料及其性能

采用砂磨机湿法研磨从鳞片石墨上剥落少量石墨烯和添加碳纳米管构建负极材料中的导电网络,通过喷雾干燥制备纳米硅-硬碳复合材料。借助激光粒度仪、XRD、SEM等分析制备的硅碳复合材料的结构与形貌。用制备的负极材料制备纽扣式半电池,并在不同模式下测试其电化学性能。结果表明,碳酸锂添加量为3%(质量分数)时,复合材料的性能最优,首次充放电容量为1 279.9 mAh/g,效率高达84.5%,在200 mA/g电流密度下循环50次后容量仍能保持在68.8%。     

氟化多壁碳纳米管作正极对锂/氟电池性能的影响

通过对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行氟化改性,获得氟碳原子比分别为0.28(CF0.28),0.56(CF0.56),0.78(CF0.78)的氟化多壁碳纳米管。将氟化多壁碳纳米管作正极活性物质涂覆于铝箔,金属锂片为对极,组装成锂/氟化多壁碳纳米管(Li/CFx)一次纽扣电池。采用热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)进行结构和性能表征,通过恒流放电检测电池的电化学性能。结果表明:活性物质为CF0.78的正极电极的电化学性能最佳,在电流密度为39mA/g时放电比容量达724mAh/g,同时出现了稳定的放电平台。在0.05C放电倍率时,3种电极的活性物质利用率分别达到73.4%,89.6%,92.9%。相比0.05C,2C放电倍率下的放电比容量衰减率分别为68.8%,34.1%,39.6%,表明提高氟化程度,能够降低放电比容量衰减率,虽CF0.78相对CF0.56的放电化容量衰减率有所上升,但在相同放电倍率时,其放电曲线稳定性是最好的。     

自支撑氮掺杂石墨烯纸柔性电极的制备及其储锂性能的研究

以氧化石墨烯(GO)为原料,尿素为氮掺杂剂,采用固/气界面水热反应的方式,即在反应釜内将GO抽滤得到的氧化石墨烯纸(GOP)与尿素分解产生的氨蒸气相互作用,成功制备出自支撑氮掺杂石墨烯纸(NGP)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试对样品进行形貌结构及电化学性能的表征。测试结果表明:水热条件下尿素能有效地实现氧化石墨烯纸的氮掺杂,氮掺杂量为7.89%;氮掺杂石墨烯纸在100mA/g和500mA/g的电流密度下,充放电循环100周之后,放电比容量可分别保持在288mAh/g和190mAh/g。采用改进的固/气界面水热反应法制备的氮掺杂石墨烯纸较未掺杂石墨烯纸可逆比容量提高了近2.5倍,具有良好的循环稳定性,可为制备高性能的柔性锂离子电池负极材料提供新方法。     

水体系自组装法制备钛酸锂纳米负极材料研究

以偏钛酸粉末作为钛源,制备钛酸锂(Li4Ti5O12)纳米材料,Li4Ti5O12由含锂过氧化钛配合物分解自组装后经煅烧结晶而得。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附和恒流充放电测试对材料结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明:水体系下,锂钛摩尔比为4∶5、于600℃煅烧5h得到的Li4Ti5O12纳米球颗粒粒径在500nm左右,且具有丰富的孔隙,比表面积达到22.947m2/g;在电流密度4000mA/g条件下,比容量为157mAh/g,电流密度500mA/g下循环400次放电容量保持率为95.2%。表明水体系自组装形成的Li4Ti5O12纳米负极材料可以缩短锂离子迁移距离,其多孔性可以增大电解液与电极活性材料的接触面积,使离子电子传输速率同时得到提高,从而获得优异的电化学性能。     

锰氧化物/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极的研究

以天然石墨为原料,采用改进的Hummers法合成含Mn的氧化石墨;400℃条件下氢气还原制备了锰氧化物/石墨烯复合材料。利用XRD、SEM和TEM对所制备的复合材料进行了表征。结果表明锰氧化物(MnOx)颗粒均匀地分布在石墨烯片层表面。将复合材料作为锂离子电池负极进行研究,在50mA/g电流密度下,首次库伦效率为70.4%,可逆容量达876mAh/g,并且具有良好的循环性能,在30次循环后仍保持在700mAh/g以上。