LiODFB基电解液与高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的相容性

研究了草酸二氟硼酸锂(LiODFB)基电解液与锂离子电池高电压正极材料锰酸镍锂(LiNi0.5Mn1.5O4)的相容性,结果表明:在25℃和60℃,以LiODFB和六氟磷酸锂(LiPF6)为电解液的LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池的CV曲线都具有单一的氧化还原峰,电池的可逆性优良,且LiODFB电池的循环性能优于LiPF6电池。在25℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为126.3 mAh·g-1、131.6 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为97.1%、94.7%;在60℃,LiODFB电池和LiPF6电池以0.5C倍率首次充放电比容量分别为132.6 mAh·g-1、129.1 mAh·g-1,经100次循环后容量保持率分别为94.1%、81.7%。电化学阻抗谱也表明:在60℃,LiODFB电池的阻抗比LiPF6电池的小,LiODFB电池具有更好的高温充放电性能。     

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。     

不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响

采用球磨混合及热复合法制备硫/BP2000复合正极材料(含硫量42%(质量分数)),分别以PTFE、明胶和PEO作为粘结剂,考察了不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响。采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)和恒流充放电表征其物化性能和电化学性能。结果表明,明胶和PTFE对于提高硫正极的电化学性能和维持硫正极的循环稳定性具有积极意义。其中,在0.2 C充放电时,PTFE作粘结剂的电池循环50次后比容量保持741.2 mAh/g,明胶作粘结剂的电池循环50次后放电比容量保持788 mAh/g(按单质硫的质量计算)。     

锂离子电池正极材料LiMnTiO_4的制备及其电化学性能

以Li2CO3、Mn2O3和TiO2为原料,葡萄糖为碳源,采用微波固相法合成了碳包覆的锂离子电池正极材料LiMnTiO4。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征,材料的电化学性能通过恒流充放电和循环伏安(CV)进行测试。结果表明,碳包覆后的LiMnTiO4正极材料循环性能优于未经碳包覆的材料。在室温下,充放电倍率为0.05C时,LiMnTiO4/C正极材料的首次放电比容量为150.3mAh·g-1,循环100周后仍保持在135mAh·g-1。     

Co~(2+)掺杂石墨烯/LiFePO_4锂离子电池复合正极材料的制备与表征

使用溶胶凝胶原位碳热还原制备了Co2+掺杂石墨烯/LiFePO4锂离子电池复合正极材料(石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4),以期获得比容量高、充放电速率快和循环性能优良的锂离子电池正极材料。结构和形貌表征结果显示:石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料具有三维导电网络结构,颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在200nm左右。电化学测试结果显示:石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料具有高的可逆比容量和优异的循环倍率性能。2.0~4.0V充放电下0.1C时的首次放电比容量为159mA·h·g-1,在10.0C下首次放电比容量也有74mA·h·g-1;0.5C下循环100次,比容量保持率为99.7%。石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料电化学性能提高的原因主要为Co2+掺杂和石墨烯包覆的协同作用。     

磷酸铁锂/石墨烯复合材料的合成及电化学性能

采用研磨、超声分散与搅拌干燥的工艺方法制备磷酸铁锂/石墨烯复合材料。利用TEM,SEM,XRD和Raman对材料组织结构进行表征,并组装成扣式电池进行电化学性能测试。SEM图像表明,在该工艺所制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料中,石墨烯贴附在磷酸铁锂颗粒表面,并且均匀地分散在复合材料中形成良好的导电网络。电化学测试结果显示,添加2%(质量分数)石墨烯后,磷酸铁锂的倍率性能和循环性能都得到明显提高。具体表现为:倍率性能方面,在5C充放电条件下,放电比容量提高到94.2mAh·g~(-1),是添加前的2.53倍;循环性能方面,100次循环(1C充放电)后容量衰减由添加前的43.5%下降到添加后的9.6%。这种简便的工艺能够实现石墨烯在电极材料中的均匀分散,充分发挥石墨烯优异的导电性,进而提升磷酸铁锂正极材料电化学性能。     

聚吡咯/磷酸亚铁锂复合正极材料的电化学性能

通过化学氧化聚合方法制备了聚吡咯/磷酸亚铁锂(PPY/LiFePO4)复合材料,以此作为锂离子电池的正极活性物质,进行恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试。实验结果表明,PPY/LiFePO4复合材料具有较好的电化学性能,以0.2C放电时放电比容量可达150.8 mAh/g,20次循环之后容量为初始容量的92.5%,循环性能良好。     

PPy/SiO2纳米复合材料作锂二次电池正极的研究

首先以化学氧化聚合法制备出电导率较高的聚吡咯/二氧化硅(PPy/SiO2)纳米复合材料,将其制成正极片后,以锂片为负极组装成扣式电池,通过充放电测试初步探索其电化学性能。考察了复合正极材料电导率、充放电电流和正极片成型压力对电池性能的影响。结果表明,以导电率较高的PPy/1% APS SiO2 纳米复合材料作正极活性物质,以较小充电电流0.1mA,适当的成型压力20MPa时电池比容量最高,接近40mAh/g。并且用扫描电镜(SEM)分析了充放电对正极材料结构的影响。     

多孔碳添加量对溶胶凝胶-碳热还原法制备磷酸钒锂正极材料的电化学影响

本工作采用一种具有良好导电性能的多孔结构碳材料与磷酸钒锂通过溶胶凝胶-碳热还原法进行复合,研制出一种锂离子电池正极的新型复合材料。新型电极在0.5C倍率下初始比容量为111.0 m A·h·g~(-1),150圈循环容量保持率为99.2%。在10C倍率循环下复合正极仍有79.8m A·h·g~(-1)比容量和71.9%容量保持率,展示出良好的快充/放性能。复合材料的制备工艺简单,其电化学性能优异和较高含量的磷酸钒锂(LVP)含量符合锂离子电池正极材料的产业实用化的要求,该材料的研发为快充电池工业化提供了一种具有实际意义的材料。     

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。     

Synthesis and Electrochemical Properties of Carbon-Mixed LiEr_(0.02)Fe_(0.98)PO_4 Cathode Material for Lithium-ion Batteries

LiEr0.02Fe0.98PO4/C composite cathode was synthesized by a simple solution method with polyethylene glycol (PEG) as the reductive agent and carbon source. The effect of erbium doping on the electrochemical behavior of LiFePO4 was studied in this paper. The samples were characterized by X-ray powder diffraction and scanning electron microscopy and the electrochemical properties were investigated by the charge-discharge test. An initial discharge capacity of 149 mAh·g-1 was achieved for the LiEr0.02Fe0.98PO4/C composite cathode with a rate of 0.1 C. The electronic conductivity of Er doped LiFePO4/C was measured as 10-2 S·cm-1. The results indicated that erbium doping did not destroy the lattice structure of LiFePO4 and enlarge the lattice volume. These changes are beneficial to the improvement of the electrochemical performance of the LiFePO4 cathode.     

聚吡咯/磷酸铁锂复合正极材料的制备与表征

采用化学氧化法, 以吡咯为单体、 三氯化铁为氧化剂、 苯磺酸钠为掺杂剂在磷酸铁锂颗粒表面进行原位聚合, 制备了聚吡咯/磷酸铁锂(PPy/LiFePO₄)复合材料。用FTIR、 XRD和SEM对PPy/LiFePO₄复合材料进行了结构与形貌表征。用电化学工作站和充放电测试系统对复合材料的电化学性能进行了表征。结果表明: PPy/LiFePO₄复合材料作锂二次电池正极具有良好的充放电循环性能。当PPy质量分数为17%, 充放电电流为0.1 mA时, PPy/LiFePO₄复合材料最高放电比容量达163 mAh·g^-1, 50次循环之后放电比容量仍为初始时的94.9%; 与LiFePO₄相比, 当PPy的含量适当时, PPy/LiFePO₄复合正极材料的放电比容量会有明显提高。PPy的加入提高了LiFePO₄的电子电导率, 从而提高了活性物质有效利用率, 因此PPy/LiFePO₄复合材料的比容量和循环性能均得到了提升。     

立方相碳化钛在锂空电池中的电化学行为

采用直流电弧等离子体法在甲烷和氩气混合气氛下原位合成碳化钛(TiC)纳米颗粒。X射线衍射、透射电子显微镜等物理表征结果显示TiC纳米颗粒粒径约为40～90 nm的立方体结构。循环伏安(CV)测试表明,TiC纳米颗粒兼具高效的氧还原和氧析出双效催化活性,可有效弥补炭材料氧析出催化活性较弱的缺陷。恒流充放电测试结果表明,相对于普通炭材料(导电炭黑,Super-P),TiC纳米颗粒催化剂可将锂空电池充电过电势降低280mV;在电流密度(i_sp)为50mA·g^-1时,首次放电比容量达1267mAh·g^-1;即使在较高的电流密度150mA·g^-1下,比容量仍保持在778mAh·g^-1,体现了良好的倍率性能。在电流密度为100mA·g^-1、限定比容量为500mAh·g^-1下,稳定循环10次。通过XRD、红外、扫描电镜表征可知,在TiC纳米颗粒的双效催化作用下,Li_2O_2的生成与分解具有良好的可逆性,有效避免了大量反应副产物积累的问题,进而提高锂空电池的电化学性能。     

NiS2/三维多孔石墨烯复合材料作为超级电容器电极材料的电化学性能

选用合适的软模板,通过简便的一步溶剂热法成功制备了NiS₂/三维多孔石墨烯（3D rGO）复合材料。利用FESEM、TEM、XPS和电化学工作站对样品的表面形貌、元素价态和电化学性能进行表征。结果表明:制备的NiS₂/3D rGO复合材料存在石墨烯三维堆叠的孔道结构,且具备较大的比表面积,为57.51 m2g-1。电化学测试表明,在1 Ag-1的电流密度下NiS₂/3D rGO复合材料的比电容高达1 116.7 Fg-1,而且当电流密度增加到5 Ag-1时NiS₂/3D rGO复合材料的比电容为832.2 Fg-1,比电容保持率为1 Ag-1时的74.5%。在4 Ag-1电流密度下,经过1 000次循环后,NiS₂/3D rGO复合材料的比电容仍能保持91.2%。因此,NiS₂/3D rGO复合材料可作为一种理想的超级电容器电极材料。      

原位聚合导电高分子包混对硬碳性能的影响

采用原位聚合方法对硬碳材料进行了导电聚合物包混,并测试了导电聚合物包混硬碳材料的电化学性能.利用扫描电镜,拉曼光谱,电导率仪及恒电流法研究了导电聚合物包混的硬碳材料的结构以及充放电特性.研究发现,聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等均能通过原位聚合包混在硬碳表面.其中,采用噻吩在硬碳表面原位聚合增强了硬碳材料的导电性.经聚噻吩包混的硬碳首次充电容量达到了385mAh g-1以上,高于未包混的硬碳(320mAh g-1).循环20周以后聚噻吩包混硬碳的容量仍保持在325 mAh g-1以上,而未包混硬碳的容量则降低到290 mAh g-1以下.     

Size-controlled MoS<Subscript>2</Subscript> nanodots supported on reduced graphene oxide for hydrogen evolution reaction and sodium-ion batteries

Transition metal dichalcogenide nanodots (NDs) have received considerable interest.We report a facile bottom-up synthetic route for MoS2 NDs by using molybdenum pentachloride and L-cysteine as precursors in oleylamine.The synthesis of NDs with a narrow size distribution ranging from 2.2 to 5.3 nm,was tailored by controlling the reaction time.Because of its coating characteristics,oleyalmine leads to uniformity and monodispersity of the NDs.Moreover,the NDs synthesized have large specific surface areas providing active sites.Graphene possesses outstanding conductivity.Combining the advantages of the two materials,the 0D/2D material exhibits superior electrochemical performance because of the 2D permeable channels for ion adsorption,energy storage,and conversion.The as-prepared MoS2/rGO (～2.2 nm) showed a stable capacity of 220 mAh·g-1 after 10,000 cycles at the current density of 20 A·g-1.Furthermore,a reversible capacity ～140 mAh·g-1 was obtained at a much higher current density of 40 A·g-1.Additionally,this composite exhibited superior catalytic performance evidenced by a small overpotential (222 mV) to afford 10 mA·cm-2,and a small Tafel slope (59.8 mV·decade-1) with good acid-stability.The facile approach may pave the way for the preparation of NDs with these nanostructures for numerous applications.     

高能球磨法制备PTFE/科琴黑-C柔性复合材料及其电化学应用

对荷叶进行多阶温度炭化得到前驱炭材料,将材料与科琴黑（KB）、聚四氟乙烯（PTFE）按照2:2:3的质量比球磨混合后真空抽滤制备一种锂硫电池中间层柔性材料,PTFE/KB-C复合材料的多孔结构能为高阶硫化物Li₂S_n（4≤n≤8）的进一步还原提供较多的三相反应位点,并利用PTFE/KB-C复合材料良好的多层多孔化学吸附作用来抑制可溶性多硫化物的穿梭。该中间层在以纯硫材料为正极的锂硫电池电性能测试表征中,1.0 C（电流密度1 675 mA·g-1）倍率下首次放电比容量达1 350 mAh·g-1,没有硝酸锂添加剂条件下经过100次充放电循环后比容量依旧保持在960 mAh·g-1,库伦效率基本在95%以上,保持了良好的循环稳定性。      

Three-dimensional graphene membrane cathode for high energy density rechargeable lithium-air batteries in ambient conditions

Lithium-air batteries have attracted significant interest for applications in high energy density mobile power supplies,yet there are considerable challenges to the development of rechargeable Li-air batteries with stable cycling performance under ambient conditions.Here we report a three-dimensional (3D) hydrophobic graphene membrane as a moisture-resistive cathode for high performance Li-air batteries.The 3D graphene membrane features a highly interconnected graphene network for efficient charge transport,a highly porous structure for efficient diffusion of oxygen and electrolyte ions,a large specific surface area for high capacity storage of the insulating discharge product,and a network of highly tortuous hydrophobic channels for O2/H2O selectivity.These channels facilitate O2 ingression while retarding moisture diffusion and ensure excellent charge/discharge cycling stability under ambient conditions.The membrane can thus enable robust Li-air batteries with exceptional performance,including a maximum cathode capacity that exceeds 5,700 mAh/g and excellent recharge cycling behavior (＞2,000 cycles at 140 mAh/g,and ＞100 cycles at 1,400 mAh/g).The graphene membrane air cathode can deliver a lifetime capacity of 100,000-300,000 mAh/g,comparable to that of a typical lithium ion battery cathode.The stable operation of Li-air batteries with significantly improved single charge capacities and lifetime capacities comparable to those of Li-ion batteries may offer an attractive high energy density storage alternative for future mobile power supplies.These batteries may provide much longer battery lives and greatly reduced recharge frequency.     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。