结构有序的Si/void/C/graphene纳米复合结构的制备及储锂性能

采用简单的超声、冷冻干燥和热还原相结合的自组装方法,设计和构建了纳米硅核/间隙/无定形碳壳层/石墨烯（Si/void/C/graphene） 三维有序纳米复合结构。在该结构中,纳米硅核与碳壳层之间的空隙有效避免了硅的巨大体积膨胀对碳层的破坏,大幅度提高了锂离子电池的循环稳定性;将Si/void/C纳米结构嵌入在石墨烯层与层之间,利用石墨烯卓越的导电性和柔韧性,进一步缓冲了硅材料的体积效应和提高了复合材料的导电性能。该复合材料在4200 mA·h·g^-1（1 C）电流密度下循环1000次后比容量仍高达1603 mA·h·g^-1;在67 A·g^-1（16 C）的高倍率下,比容量仍有310 mA·h·g^-1,显示出了在锂离子电池负极材料领域的巨大应用潜力。     

Si/C复合电极的制备及电化学性能研究

由于Si/C复合材料具有较高的理论比容量和较好的循环稳定性而成为一种极具潜力的锂离子二次电池负极材料。但当Si/C复合材料电极较厚时,其在锂的嵌入脱出时的体积变化很明显,会直接导致材料的粉化,导电结构解体,进而导致容量迅速衰减。同时还会造成电极活性物质利用率降低,首次容量较低等问题。而商品化的电极一般较厚,因此对Si/C电极厚度的研究变得十分重要。本研究中首先制备了Si/C复合材料,考察了不同电极厚度Si/C复合材料电极性能的变化规律,并通过调节黏结剂CMC与SBR配比、热处理和改换纳米管为导电剂等方法对厚电极性能进行改性。结果表明,当CMC:SBR=8:2时,厚电极性能最佳。同时,热处理和以纳米管为导电剂均可以改善厚电极的性能。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

SiO/C复合材料的制备及储锂性能研究

通过球磨、水热和焙烧的方法,制备了SiO/C复合材料。扫面电镜(SEM)测试结果表明,通过水热反应形成的碳微球,能够均匀包覆在氧化硅表面。恒流充放电测试表明,合成的SiO/C复合材料首次充放电容量分别为918.2和549mAh/g,经过70次循环后可逆容量为463.6mAh/g。循环性能得到改善归因于碳的均匀包覆有效缓冲了材料在循环过程中的体积变化,保持了良好的导电网络。     

Si/VGCF复合材料的储锂性能

以纳米硅颗粒为原料,采用液相法制备了硅纳米粒子与气相生长碳纤维(VGCF)复合的材料(Si/VGCF)。考察了Si/VGCF制备工艺和VGCF的最佳含量,分别采用SEM和TEM表征了Si/VGCF材料形貌和晶体结构,测试和计算了材料电导、BET比表面积和孔尺寸数据。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了Si/VGCF复合电极的电化学性能,并与其他碳材料进行了对比分析。结果表明,Si与VGCF形成了多级框架结构,丰富了离子和电子传输网络;同时发达的孔结构也缓解了Si粒子在嵌/脱锂过程中的体积效应,使电极活性材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当m(Si)∶m(VGCF)为1:0.5时,Si/VGCF复合电极在500 mA/g的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量高达1470 mA·h/g。     

TiO2/C/BP复合负极材料的制备及其储锂性能研究

为了提高TiO2负极材料的电化学性能,采用球磨-超声-水热法制备了TiO2/C/BP复合负极材料,测定了材料的循环放电比容量、倍率性能、循环伏安曲线和交流阻抗.结果 表明,二氧化钛掺杂石墨、黑磷后,二氧化钛晶型不受影响,TiO2/C/BP复合材料颗粒分散性得到改善、交流阻抗减小、导电性明显增强,与纯TiO2相比,电流密...     

CuO/C复合纳米纤维制备及储钠性能研究

以酚醛树脂作为炭前驱体,硝酸铜为铜源,通过静电纺丝技术结合固化、炭化工艺制备了CuO/C复合纳米纤维,探究了炭化温度对复合纳米纤维的微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,所得复合纳米纤维的直径在400 nm左右,纤维表面析出颗粒明显,且颗粒尺寸随炭化温度升高不断变大。随着炭化温度的升高,复合纤维比表面积先减小后增大。电化学测试显示,炭化温度为600℃时所得复合纳米纤维的容量最高,电流密度为0.05 A/g时比容量达到363.8 mAh·g~(-1);炭化温度为800℃时所得复合纤维的倍率及循环性能最佳,电流密度为0.05 A/g时比容量达到311.1 mAh·g~(-1),在2 A/g下容量保持率为35.7%,在0.1 A/g下100次循环后容量保持率为51.7%。     

核壳结构Si/SiOx纳米复合材料的制备及电化学性能

通过溶胶–凝胶法与热处理相结合的方法合成了锂离子电池核壳结构Si/SiO_x纳米复合负极材料,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱分析了复合材料的结构,采用恒流充放电和电化学工作站测试材料的电化学性能。结果表明:纳米Si粒子表面被SiO_x包覆,形成了具有核壳结构的Si/SiO_x纳米复合材料。其中纳米Si粒子粒度为80～100nm,SiO_x厚度为15～19nm。合成Si/SiO_x纳米复合材料的首次放电容量达1093mA·h/g,经过100次循环后容量仍超过430mA·h/g,表现出良好的循环性能。     

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。     

Sb/Sb2O3/C复合纳米纤维膜制备与储锂性能研究

Sb作为锂离子电池负极材料具有较高的理论容量,但在合金/脱合金化过程中的体积粉化严重影响了其循环稳定性。本文首先合成了含锑MOF纳米片(Sb-MOF),并通过静电纺丝技术将其复合到纳米纤维中,经过热处理后制备了Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜。得益于Sb/Sb₂O₃在碳基质中的高分散性,所得复合纤维膜在锂离子电池中表现出优异的倍率和循环性能,具体表现为：在0.1 A g^-1和4 A g^-1电流密度下,可逆比容量分别为713 m Ah g^-1和352 m Ah g^-1;在1 A g^-1电流密度下循环500次后容量保持率为82.3%。优异的储锂性能、简单的工艺以及自支撑特性使得该Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜作为自支撑电极在锂离子电池领域具有较大的发展潜力。     

硅碳复合电极材料制备及储锂性能

采用水热法以Zn Cl2为活化剂制备活化石墨烯纳米片(a-GNPs),并研究了工艺参数对其孔结构的影响。将表面包覆导电聚苯胺(PANI)的硅纳米粒子与a-GNPs以一定比例混合,经热解形成Si/p-PANI/a-GNPs复合材料用于锂离子电池负极。采用TEM对a-GNPs孔结构进行了表征;采用FTIR分析了PANI热解前后化学键的变化;采用SEM分析了电极结构和形貌;采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法测量了硅复合电极的电化学性能。实验结果表明,Si/p-PANI/a-GNPs复合电极的储锂容量和稳定性有明显改善,400m A/g恒电流充放电循环50次后可逆比容量达到1093.4m A·h/g,比Si电极和Si/p-PANI电极分别提高了415.3%和112%。这主要归因于a-GNPs对电解质传输的促进作用以及电导的贡献。     

硫掺杂V2O3/C纳米纤维的制备及其储锂/钠性能

针对V2O3作为二次电池负极存在电导率低、稳定性差等问题,提出了采用静电纺丝并结合硫化处理技术制备了硫(S)掺杂的V2O3/C纳米纤维以提高其储能性能,并对其结构特征、化学组成、储能特性进行了系统表征.结果表明:在作为锂离子电池负极时,S掺杂的V2O3/C纳米纤维电极在0.1 A/g的电流密度下经过50个循环具有538...     

取向多孔Fe3O4/C复合纳米纤维膜制备与储锂性能研究

Fe₃O₄/C复合材料是一类有潜力的锂离子电池负极材料,但是其较低的电导率和显著的体积效应导致循环稳定性不够理想。采用静电纺丝技术,以乙酰丙酮铁和聚丙烯腈(PAN)为前驱体制备Fe₃O₄/C复合纳米纤维自支撑电极,通过在纺丝液中添加聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)引入孔隙缓解体积效应,通过高速收丝技术形成取向纤维膜以提高自支撑电极导电性。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、热重分析仪(TG)、X射线光电子能谱仪(XPS)、比表面积测试仪(BET)和电池测试系统,对所制备的电极材料的形貌结构和电化学性能进行表征。研究表明：PMMA的引入显著增加了中孔和大孔数量,高速收丝下纤维排列更加有序。孔隙的增加显著提高了Fe₃O₄/C复合纳米纤维膜的比容、倍率性能和循环稳定性。所得的取向多孔Fe₃O₄/C复合纳米纤维膜具有710 mAh/g的高可逆容量,在1.0 A/g电流密度下经过500次循环后依然...     

木质素基纳米碳纤维的制备及储锂性能研究

本文以木质素磺酸钠为碳源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为助纺剂,通过控制PVP和木质素不同配比,采用静电纺丝和碳化技术,制备不同形态的纳米碳纤维膜,以该材料作为锂离子电池负极材料,对其储锂性能进行了研究.结果表明,当PVP与木质素的质量比为2∶1时,纳米碳纤维表现出丰富的微孔结构,比表面积达614m2/g.当用作锂离子电池...     

多级结构MoS2/C复合材料的储锂性能

利用二硫化钼和葡萄糖为原料,采用一锅乙醇/水复合溶剂热-后热处理法制备了绣球花状结构MoS₂/C复合材料。考查了乙醇/水复合溶剂的合理组成和MoS₂/C复合材料中碳的合理含量,分别采用SEM和TEM表征了MoS₂/C材料的形貌结构,通过TGA测试和计算了材料中的碳含量。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了MoS₂/C复合电极的电化学性能。结果表明,MoS₂/C复合材料拥有多级花球状结构,缓解了MoS₂的团聚,使电极材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当V（乙醇）：V（水）为1：2,碳含量为50%时,MoS₂/C复合电极在200 mA·g^-1的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量达到762 mA·h·g^-1。     

纳米核壳二氧化钛的可控制备及储锂性能研究

以氟钛酸铵为钛源,采用尿素和双氧水控制Ti4+水解速率,经过一步水热,制备出了锐钛矿型的二氧化钛核壳纳米结构,500 ℃煅烧处理得到电极材料。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、恒流充放电及循环伏安测试对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明产物形貌尺寸均一,分散性较好。与市售二氧化钛纳米颗粒相比,二氧化钛核壳纳米结构具有多孔结构及优异的结构稳定性,从而具有更好的循环性能和倍率性能。在0.1C倍率下,二氧化钛核壳纳米结构放电比容量为344 mA·h/g,当放电倍率提高到10C时,仍然具有72 mA·h/g的放电比容量。在1C的放电倍率下,经过100次循环,二氧化钛核壳纳米结构放电容量保持率为80%。     

静电纺丝制备一维结构Si/TiO_2/C负极复合材料及性能研究

研究通过静电纺丝工艺制备了锂离子电池负极复合材料Si/TiO_2/C,研究了硅与二氧化钛比例对其电化学性能的影响,发现Si与TiO_2摩尔比为1∶4的样品在0.1 C倍率循环50圈之后的比容量为322.8 mAh·g~(-1),优于其他比例样品,同时,交流阻抗谱(EIS)表明,该样品内阻明显低于其它样品。扫描电镜观察发现硅颗粒分散于一维棒状锐钛矿氧化钛之间,其充放电过程中较大的体积膨胀得到缓冲,同时碳的存在提高了复合材料的电导率,因此从整体上改善了所制备复合材料的电化学性能。