不同变质程度煤衍生硬炭的储钠行为研究

煤具有碳含量高、芳香结构发达、成本低廉等优点,是制备钠离子电池硬炭负极材料的优质前驱体。然而煤种类繁多且含有无机杂质,不同种煤热解成炭后材料的石墨化度、碳层间距和表面化学组成各异,导致煤基硬炭负极的电化学性能优化难以展开。选择四种不同变质程度的煤,采用酸洗脱灰、高温炭化的方法制备了系列煤基硬炭,研究了变质程度、炭化温度对煤基硬炭微晶结构和表面杂原子组成的影响,并考察了其相应的储钠行为。其中,褐煤1400℃炭化得到的硬炭性能最佳,在0.02 A·g^-1电流密度下表现出338.8 mA·h·g^-1的比容量和81.1%的首次库仑效率。优异的电化学性能归因于褐煤硬炭较大的碳层间距和丰富的储钠缺陷位点,提供了高嵌入和吸附储钠容量。     

煤基钠离子电池负极材料的制备及性能研究

以准东洗精煤为前驱体,经过粉碎、低温热处理、高温热处理制备了煤基钠离子电池负极材料。通过热重分析仪研究了准东洗精煤的热解特性,通过XRD、SEM等研究了所制备材料的结构与形貌,通过电化学循环、CV、EIS等研究了样品的电化学性能。结果表明,高温热处理温度为1 300℃时煤基钠离子电池负极材料具有较好的电化学性能：首次脱钠容量为279.8 mAh/g,首次充放电效率高达90.4%,在150 mA/g电流密度条件下循环50次后充电容量仍能保持在246.3 mAh/g。     

煤沥青热解炭的制备及储钠性能研究

煤沥青是一种原料来源丰富且含碳量高的钠离子电池碳负极材料。以煤沥青为碳源,通过炭化法制得热解炭,利用XRD,SEM,Raman光谱等表征技术,系统研究了不同炭化温度(600℃～1 400℃)对煤沥青热解炭微观结构的影响规律。利用恒流充放电等测试,探究热解炭作为钠离子电池负极材料时的电化学性能,阐明“温度—结构—储钠性能”间的构效关系。结果表明：1 000℃是热解炭微观结构从无序向有序发展的转折点;当温度低于1 000℃时,热解炭为不规则的块状结构且表面平整光滑,未出现石墨微晶,具有较大的层间距和较高的无序度;当温度为800℃时,热解炭具有最大的层间距(d₀₀₂=0.354 1 nm)和最高的无序度(I_D/I_G=2.57),其作为钠离子电池负极材料时,0.05 A/g电流密度下的可逆容量为177.0 mAh/g,首次库伦效率为73.87%,具有较好的倍率性能;当温度高于1 000℃时,石墨碳层生长和堆叠的速度迅速加快,石墨化程度增加,层间距减小,同时表面缺陷程度降低,Na⁺吸附位点减少,不利于储钠,热...     

黑磷基储钠负极材料的研究进展

钠离子电池被认为是商业化锂离子电池最有前景的替代品而受到了极大关注。然而,嵌入型碳基负极材料的固有低比容量导致相对低的能量密度,极大地限制了其未来的应用。研究新型电极材料是研制新一代钠离子电池的基础。目前磷资源丰富,理论比容量高,可用于电池负极材料。综述单一黑磷及黑磷基复合材料作为钠离子电池负极材料的最新研究成果,阐述近几年黑磷基复合材料作为负极在储钠领域的研究进展,分析复合材料的制备及结构形貌对电化学性能的影响等,并展望黑磷基储钠负极材料的未来发展方向。     

沥青炭填充提高SnO2/还原氧化石墨烯负极材料Coulomb效率及储钠性能EI北大核心CSCD

SnO2的储钠理论容量高,是很有前景的储钠材料,石墨烯导电性和力学性能良好,是理想的电极材料辅助材料。然而与石墨烯复合后获得的SnO2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料比表面积大,首次Coulomb效率低,影响了材料的规模应用。采用水热法,原位合成了SnO2/RGO复合材料,并成功填充沥青炭制备了C/SnO2/RGO复合材料。结果表明:C/SnO2/RGO复合材料中SnO2均匀分布在RGO结构中,晶粒尺寸约6 nm;沥青炭填充后的C/SnO2/RGO首次Coulomb效率显著提高,比SnO2/RGO提高近25%;100次循环以后SnO2/RGO和C/SnO2/RGO复合材料容量保持分别为442.1和479.8 m A·h/g;沥青炭的加入使得循环稳定性显著增加,材料的阻抗得到了大幅度改善,增加了SnO2粒子、RGO以及沥青炭之间的电子以及离子传导性。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

热还原氧化石墨的可逆储钠性能EI北大核心CSCD

采用改进的Hummers方法制备氧化石墨（GO）,然后通过热处理方法制备还原氧化石墨（RGO）,并分析测试了其结构及储钠性能。结果表明：随着热处理温度升高,与GO相比,RGO的体积膨胀,X射线衍射峰强度降低、层间距减小,结构无序度增加;RGO的首次可逆容量呈现先增大后减小的趋势,在400℃出现最大值为181．6mAh／g。     

生物质炭材料作为钠离子电池负极材料的研究进展

钠离子电池的问世使硬炭材料成为了当前研究的重点,但高成本和低循环寿命等不足限制了其作为负极材料在钠离子电池中的应用。生物质炭材料作为硬炭材料的一种,凭借其低成本、可再利用等优势,逐步在储钠材料中占据重要地位。为了更好的了解生物质炭材料,本文综述了近年来生物质炭作为钠离子电池负极材料的研究进展,并对其在储能领域的发展提出了展望。     

NiCo2S4/N,S-rGO纳米复合材料的制备和电化学储钠性能

NiCo₂S₄是一种极具发展前景的钠离子电池(SIBs)负极材料。采用简单的一步法(混合和热处理)原位合成了锚定在N、S共掺杂还原氧化石墨烯上的纳米颗粒自组装的NiCo₂S₄亚微米球(NiCo₂S₄/N,S-rGO)。XPS表明了NiCo₂S₄与N,S-rGO之间存在电子转移,证实了NiCo₂S₄与N,S-rGO之间强的协同作用。纳米粒子自组装的NiCo₂S₄亚微米球有效地促进了离子的扩散,N,S-rGO优异的电学和力学性能不仅提高了电极的导电性,而且有效地缓冲了充/放电过程中NiCo₂S₄/N,S-rGO的体积变化。NiCo₂S₄/N,S-rGO作为SIBs的负极材料呈现出高可逆容量,优越的倍率性能和长期稳定性(在电流密度为0.5 A/g时循环130次后仍保持了396.7 mA·h/g的高比容量。即使在电流密度为2 A/g时,经过1000次循环后比容量仍保持在283.3 mA·h/g)。研究结果为高效负极材料的设计和合成提供了新的思路。     

Preparation and sodium storage performance of NiCo2S4/N,S-rGO nanocomposites

NiCo₂S₄ is a promising anode material for sodium ion batteries (SIBs). In this paper, a simple one-step method (mixing and heat treatment) was used to synthesize in-situ synthesized NiCo₂S₄ submicron spheres (NiCo₂S₄/N,S-rGO) anchored on N, S co-doped reduced graphene oxide. XPS characterization demonstrated electron transfer between NiCo₂S₄ and N,S-rGO, which confirmed the strong synergistic effect between NiCo₂S₄ and N,S-rGO. The nanoparticles self-assembled NiCo₂S₄ spheres effectively promoted ion diffusion, and the excellent electrical and mechanical properties of N,S-rGO not only improved the conductivity of the electrode, but also effectively buffeted the large volume changes of NiCo₂S₄/N,S-rGO during the charge/discharge process. Benefiting from the unique nano-architecture and strong synergistic effect, NiCo₂S₄/N,S-rGO applied as anode materials for SIBs presented a high reversible capacity, impressive rate capability and superior long-term stability (396.7 mA·h/g at 0.5 A/g after 130 cycles, 283.3 mA·h/g at 2 A/g after 1000 cycles). Those results open an interesting strategy for rational design and preparation of efficient anode materials for SIBs.     

Electrochemical performance of nano-Pt-supported carbon anode for lithium ion batteries

A nano-Pt-supported carbon anode was prepared by supporting Pt nanoparticles onto carbon powder. Ultrafine Pt nanoparticles could be well distributed on the surface of carbon particles. Transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), cyclic voltammetry (CV), FTIR, and impedance spectroscopy were used to study on the electrode structure and electrochemical performance. Nano-Pt-supported carbon anode enhanced the Li discharge reaction and suppressed the solvent decomposition reaction, which are favorable for lithium batteries.     

电化学沉积制备V2O5薄膜电极的表面结构及储钠性能

以含有CTAB的V₂O₅溶胶为电解液,采用电沉积法在不锈钢基体上沉积V₂O₅薄膜前体,经300℃烧结处理后制备了无黏结剂和导电剂的V₂O₅纳米薄膜电极。XRD测试表明该方法制备的V₂O₅薄膜是含水相的V₂O₅·nH₂O,与未添加CTAB制备的薄膜相比,其层间距明显变大。FESEM和AFM测试发现CTAB辅助电沉积制备的V₂O₅薄膜具有粗糙多孔的表面形貌;XPS测试表明CTAB辅助电沉积制备的V₂O₅薄膜中含有更多的低价钒离子（V⁴⁺）。电化学测试发现该方法制备的V₂O₅薄膜具有优异的嵌/脱Na⁺循环稳定性;与未添加CTAB制备的薄膜相比,CTAB辅助电沉积制备的V₂O₅薄膜具有更好的电化学反应可逆性、更强Na⁺扩散性能和更高的储钠比容量,是一种非常有应用前景的钠离子电池正极材料。     

铁锗合金负极的限域封装及锂离子存储性能

锂离子电池商用负极石墨由于低的理论比容量（372 mA·h/g）无法满足日益增长的高能量密度需求。锗负极材料凭借更高的理论比容量（约为1 600 mA·h/g）被认为是一种很有前途的材料。但锗基负极材料在充放电过程中存在巨大的体积变化,使得其电化学性能差。因此,设计并制备了一种独特的锗基复合材料,该材料的合成首先采用溶剂热法制备有机-无机杂化Ge-Fe-O_x/EDA纳米线,接着进行多巴胺包覆,随后通过高温焙烧在内部原位生成FeGe/FeGe₂合金相和表面形成碳包覆,从而制得了限域封装的Ge/FeGe/FeGe₂@C纳米线铁锗合金负极。这种独特的结构有效提升锗负极材料的导电性和抑制体积变化,因此复合材料展现出优异的倍率性能（当电流密度为5 A/g时,放电比容量为450 mA·h/g）和良好的长循环稳定性（在电流密度为1 A/g条件下循环400圈后,放电比容量为547 mA·h/g）。     

Enhanced lithium storage performance of silicon anode via fabricating into sandwich electrode

Silicon electrode with sandwich structure as anode of lithium ion batteries is fabricated by adding a carbon layer between current collector and active coating. The prepared silicon electrode with the sandwich structure can exhibit high reversible capacity of 2500 mAh g⁻¹ for 30 cycles, which is much higher than that of bare silicon electrode with normal structure. The electrochemical impedance spectroscopy and electrode morphologies characterizations show that the improved performance of sandwich electrode is attributed to the carbon layer, which not only enhances the electric conductivity at the current collector/active coating interface but also releases the rigid stress caused by volume change of silicon. The results demonstrate that such sandwich structure is a potential facile method for performance improvement of silicon-based anode compared with the previous reports.     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl₂·6H₂O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500 mA·g^-1电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 mA·h·g^-1,容量保持率达86.6%;在10 A·g^-1的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 mA·h·g^-1。     

新型多孔炭的制备及其储锂性能

以竹笋为原料炭化获得生物质炭,再用氢氧化钾活化得到多孔生物质炭,采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和氮气物理吸附等方法对多孔生物质炭的微观结构和形貌进行了表征。以此多孔生物质炭作负极材料探究其电化学性能,结果表明在1 000 mA/g电流密度下,材料的首次充电比容量为286.9 mA·h/g,循环50次后充电比容量保持在201.8 mA·h/g,循环500次后充电比容量仍有221.5 mA·h/g,表明此多孔炭材料具有优良的电化学循环性能,使其有望成为具有竞争力的锂电池负极材料。