3DG/CoSe2@NW锂离子电池负极材料的制备和电化学性能

为开发高效储存性能的锂离子电池(LIB),利用简单的溶剂热反应合成一维Co-硝基三乙酸(NTC)前驱体,与三维石墨烯(3DG)组装并高温退火后,制备了多维度、多孔的3DG/CoSe₂@纳米线(NW)负极材料。通过一系列的表征证明在纳米结构中,CoSe₂纳米粒子嵌入一维多孔碳NW中,该一维多孔碳NW被封装在3DG中。3DG/CoSe₂@NW用作LIB负极材料时,由于其独特的纳米结构,在0.1 A·g^-1电流密度下100次循环后比容量为725.6 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下进行500次的循环后,容量保持率为92.5%。电化学测试结果表明,以3DG/CoSe₂@NW为电极的LIB具有高比容量和优异的循环稳定性。     

CaMoO4/GO复合材料的制备及其超级电容器性能

采用水热法成功合成了CaMoO₄/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料。通过材料的表面形貌、晶体结构和电化学性能研究合成的纳米复合材料。结果表明,CaMoO₄/GO电极在电流密度0.5 A/g时比电容高达571.82 F/g,并且在1 A/g的电流密度下,经过1000次循环后的比电容保持率仍为84%。为了测试电极材料的实际应用效果,全固态超级电容器(ASC)分别使用CaMoO₄/GO和活性炭(AC)作为正极和负极进行组装。组装的ASC在功率密度1710.3 W/kg下显示出25.18 W·h·kg^-1的能量密度,并且能通过串联4个ASC为红色发光二极管供电。上述结果表明CaMoO₄/GO电极材料在高性能储能设备的应用中具有非常大的潜力。     

ZIF衍生Fe3O4@NC/石墨烯锂离子电池负极材料研究

为了改善Fe₃O₄作为锂离子电池负极材料时循环稳定性差的问题,以铁基沸石咪唑酯框架结构材料(Fe-ZIF)为前驱体,使用多巴胺通过聚合反应与其复合,再与石墨烯通过静电吸附作用组装,经过煅烧碳化,制备了Fe₃O₄@NC/G复合材料。研究结果表明,多巴胺与石墨烯的引入有效提高了Fe₃O₄在充放电过程中的电化学稳定性。在0.1 A·g^-1电流密度下,充放电循环30圈,Fe₃O₄@NC/G的放电比容量为1005.6 mAh·g^-1。当电流密度为2 A·g^-1时,经过300圈循环,其放电比容量仍有838.3 mAh·g^-1。Fe₃O₄@NC/G复合材料优异的电化学性能归因于独特的结构设计,这对其他负极材料的构筑提供了一定的参考价值。     

n型硅/碳复合材料的制备及电化学性能研究

基于施主掺杂原理,制备了掺有微量磷元素的n型硅负极材料,为改善其循环性能,通过碳包覆的方法进一步制备了硅/碳复合锂离子电池负极材料。利用XRD、SEM、恒流充放电、交流阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)等测试手段对所制n型硅及硅/碳复合材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征分析。结果显示:所制n型硅具有与普通硅一致的晶体结构、良好的充放电平台、较高的容量以及很好的导电性,其电化学性能在碳包覆后有所改善,第一次放电比容量可达1 776.7 mAh/g,15次循环后仍可达1 000 mAh/g以上,库仑效率均保持在98%左右。     

聚苯胺混杂型电化学电容器研究

采用聚苯胺在改性活性炭表面原位聚合方法,制备了聚苯胺活性炭复合物。研究了活性炭与苯胺在不同配比下制得的复合物的比容量,结果表明:当活性炭占复合材料的质量比为14.9%时,复合物的比容量为191.8F/g,比相同条件下制得聚苯胺的比容量提高了56%。以该复合物为电化学电容器的正极材料,以改性活性炭为其负极材料,电解液为6mol/L的氢氧化钠水溶液,组装了原型电化学电容器。该电容器的比能量可达8.7Wh/kg,比功率可达878W/kg。     

简单温和的置换途径制备锂离子电池纳米硅负极材料

硅被认为是一种很有前景的锂离子电池负极材料,因为它理论比容量高达3580 mAh/g(Li_(3.75)Si,室温下形成)。分别以四氯化硅和锌粉作为硅源与还原剂,通过简单有效的置换反应在500℃的条件下制备出了纳米级硅,该方法制备工艺简单,并且原料成本低廉。所得到的纳米级硅颗粒为150~200 nm的球状,并对其进行电化学性能测试,该材料在0.2 A/g的电流密度下首次脱锂比容量能够达到1 747.7 mAh/g。然后以蔗糖为碳源通过高温热解法合成了硅碳复合材料,其50次循环后的脱锂容量保持率为82%。     

有机电解液聚苯胺-炭混合电容器性能研究

采用化学氧化法合成盐酸掺杂聚苯胺,经NaOH溶液去掺杂后制得本征态聚苯胺(PANI)。以PANI为正极材料,活性炭为负极材料,使用1 mol/L LiPF6/(DMC+EC)有机电解液组装了混合电容器。通过循环伏安、交流阻抗、恒流充放电、循环寿命及漏电流等手段,对混合电容器的电化学性能进行了测试。结果表明,充电截止电压在1.5 V时,电容器比容量最高可达36.0 F/g,1 100次充放电循环后比容量保持在初始容量的94.2%。     

有机电解液MnO2/AC混合电容器的研究

固相合成法制备了MnO2电极材料,以其为正极,活性炭(AC)电极为负极,组装了有机电解液MnO2/AC混合电容器。测试结果表明,在1 mol/L的有机电解液LiPF6/(DMC+EC)中,混合电容器的工作电压可达2.5 V,在不同的电流密度下,比容量为43.64～53.17 F/g,漏电流为0.08×10–3 A/cm2,经1 000次恒流充放电循环后,比容量衰减幅度约为8%。     

硅负极用单宁酸复合海藻酸基双网络粘结剂性能研究

兼具高理论比容量与低工作电压的硅在高能量密度锂离子电池领域具有重大应用潜力,然而其在循环过程中存在巨大的体积变化,导致其循环性能急需提升。基于此,通过小分子单宁酸的引入,在海藻酸、聚乙烯吡咯烷酮双网络高分子体系中构建了氢键交联的动态网络,实现了一种兼具良好韧性与热稳定性的自修复海藻酸基双网络粘结剂,可以有效地缓冲硅颗粒在多次充放电循环过程中的巨大机械应力,进而支撑硅负极在0.2C电流密度下循环200圈后,仍然维持1675.9 mAh·g^-1的放电比容量,甚至在1C电流密度下的放电比容量仍保持在1173.1 mAh·g^-1,说明单宁酸增强海藻酸基双网络粘结剂可以提升硅颗粒的电化学性能,有望推动硅电极的产业化进程。     

有机双电层电容器用活性炭电极的修饰

利用石墨、炭黑、碳纳米管三种导电碳材料,对高比表面积活性炭进行掺杂修饰,制备有机电解液双电层电容器用薄膜电极。经电化学测试发现,在 1 mol/L 的 LiPF6/EC-DEC(体积比 1∶1)溶液中,经不同导电材料修饰后的活性炭电极,其单电极比容量和大电流充放电性能均有较大改善。其中,掺杂 10%(质量分数)碳纳米管的活性炭电极,在 330 mA/g 电流密度下的单电极比容量可达 81 F/g,比未掺杂活性炭电极 60 F/g 的比容量提高了 35%;电流密度从 60 mA/g 增至 330 mA/g,该电极的容量保持率为 79.4%。     

高性能碳纳米管复合Fe3O4锂离子电池负极材料研究

通过添加碳纳米管共沉淀的方法制备了Fe3O4-CNTs复合材料。研究发现,CNTs不仅可以降低复合材料作为锂离子电池负极的阻抗,而且对活性物质Fe3O4起到很好的支撑作用,极大地提高了Fe3O4在充放电过程中的电化学稳定性。在0.5 A/g的电流密度下Fe3O4-CNTs循环200圈后的放电比容量保持在1406 mAh/g。在10 A/g的大电流密度下循环,第100圈时Fe3O4-CNTs的放电比容量稳定在230 mAh/g左右。循环至第9999圈时,Fe3O4-CNTs的比容量下降至179 mAh/g,只损失了50 mAh/g,充放电效率高达99.98%。Fe3O4-CNTs复合材料在大电流密度超长循环的背景下表现出优异的性能,对负极材料的开发有重要的意义。     

超细二氧化钼-碳复合物的制备及其储锂性能研究

锂离子电池作为一种清洁能源,受到社会的青睐。但是,目前商业化的石墨负极材料,能量密度和功率密度相对较低,不能满足下一代高性能锂离子电池的需求,开发高性能的锂离子电池负极材料成为当今一项十分紧迫的任务。二氧化钼(MoO₂)具有导电性好、机械性能好和理论容量高等优点,是目前锂离子电池负极材料研究的热点材料之一。以磷钼酸为钼源,离子液体作为溶剂,采用溶剂热法进行反应,在氩气气氛下煅烧后获得MoO₂-C纳米粒子,将该材料应用于锂离子电池负极材料中,发现其具有良好的电化学性能。在1 A g^-1的电流密度下,循环50圈后比容量还有569 m A h g^-1。MoO₂纳米颗粒的平均粒径在20 nm,提供了超短的锂离子扩散路径,颗粒外层的碳层提供了电子快速传导的通道,因此该材料具有很高的比容量和良好的大倍率性能。     

锂离子电池锡基负极材料研究进展

目前,商业上普遍使用石墨作为锂离子电池负极材料,由于其理论比容量较低(372 m Ah·g~(–1)),已经不能够满足锂离子电池的发展需求。研究发现,SnO_2作为负极材料可以和锂离子发生良好的可逆反应,且其可逆容量远高于石墨负极。但SnO_2在充放电过程中会出现颗粒粉化导致电极体积膨胀、裂解,从而影响锂电池的循环性能。通过加入石墨烯对SnO_2进行改性,不仅可以缓解SnO_2在运行过程中的体积膨胀,此外,石墨烯本身大的比表面积及良好的导电性,使得石墨烯/SnO_2材料具有较高的可逆容量及较好的循环稳定性。本文综述了几种不同方法制备石墨烯/SnO_2复合材料,在应用到锂离子电池负极材料时,均表现出良好的电化学性能。     

纳米Bi的制备及其在锂离子电池中的应用研究

铋(Bi)作为负极材料表现出比石墨更高的理论容量，引起了广泛的关注。然而，在锂化过程中，较大的体积变化和较差的循环稳定性阻碍了Bi负极的发展。为了克服上述缺点，通过电化学原位还原将钒酸铋负极转化为具有三维蜂窝结构的纳米Bi负极，并进一步研究Bi负极充放电机理及形貌变化。结果表明：纳米Bi因具有大的比表面积为锂离子嵌入提供了更多的活性位点，带来了高的比容量；同时，其三维蜂窝结构为Bi纳米颗粒在充放电过程中的体积变化提供了机械应变空间，缓解了Bi的体积膨胀，提高了电极的稳定性。研究表明，纳米Bi负极在100 mA·g^-1下的稳定放电比容量为497.5 mAh·g^-1。本研究为高能量锂离子电池负极提供了一种新的途径，使得纳米Bi有望成为锂离子电池高能负极的潜在候选者。     

锂离子电池硅基负极材料研究与进展

随着消费类电子产品及新能源汽车的发展,高能量密度的锂离子电池逐步成为了研究热点.当前使用的石墨负极材料的理论比容量为372 mAh/g,亟需研发高容量的负极材料.硅作为负极材料,其比容量为石墨的10倍,且脱锂电位低,被认为是最具潜力的新型负极材料.纯硅负极材料在锂离子电池应用中,由于其巨大的体积膨胀效应会导致材料粉碎,...     

CuS@7S的室温合成及储锂性能

硫化铜(CuS)具有优异的导电性(电导率为10^-3 S·cm^-1),在能源领域具有广泛的应用前景。为了进一步提高CuS作为锂离子电池负极材料时的比容量,对CuS进行改性。通过在室温液相条件下的歧化反应将硫单质与CuS进行复合,提升了其电化学性能。实验结果表明,合成的CuS@7S复合材料在0.05～0.5 A·g^-1的不同电流密度下都有较高的比容量和较高的库伦效率,CuS@7S复合材料在0.05 A·g^-1电流密度下的放电比容量为1 075 mA·h·g^-1,相比于CuS,其得到了极大的提高。表明S与CuS的复合可为电化学储能提供更多的活性物质,改善材料的导电性,成功提升电极材料比容量。     

硅藻土作锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学性能研究

硅藻土作为一种自然材料,拥有很多优异的理化特性。介绍了如何从硅藻土中提取出高纯度SiO_2,并用金属热还原法制备出多孔硅,将其与商业硅进行对比研究。同时采用溶剂热法制备了SiO_2/TiO_2复合材料和球磨法制备SiO/TiO_2复合材料,分别对这三种材料进行粉末衍射、扫描电镜等表征。然后将这三类材料作为锂离子电池的负极材料,以锂片作为正极制作锂离子半电池,并对锂离子半电池的循环稳定性,恒流充放电等电化学性能进行表征。结果表明,制备的单质硅具有孔道结构,电池的循环性能比商业硅好。将本实验所用的三类负极材料进行比较可以发现:在首次充放电容量方面,硅和SiO/TiO_2/Mg复合材料明显高于SiO_2/TiO_2复合材料;在循环稳定性方面,复合材料的循环性能明显高于多孔硅,SiO_2/TiO_2复合材料处于绝对领先地位。     

FeCo2S4/Ni(OH)2的合成及超电容性能研究

将多组分活性材料组合成新的结构用作电极材料是提高超级电容器性能的一种有效措施。采用典型的两步水热法与电沉积法制备了FeCo2S4/Ni(OH)2复合纳米材料,并表征其物理及电化学性能。结果表明,FeCo2S4纳米花被电沉积上的Ni(OH)2纳米片包围,形成三维互连网状结构,有利于电极材料与电解液的充分接触。所得的FeCo2S4/Ni(OH)2复合电极材料显示出极高的比电容(当电流密度为1 A·g^-1时,比电容达1588.2 F·g^-1)、优异的倍率性能及循环稳定性。此外,以FeCo2S4/Ni(OH)2为正极、活性炭为负极组装了非对称超级电容器。结果显示,非对称超级电容器具有高能量密度及良好的循环稳定性。     

铜箔上制备CoSb3纳米颗粒薄膜在锂离子电池电极中的应用

锂离子电池性能研究和提高已成为化学电源领域热点,使用低压化学气相沉积(LPCVD)法在铜箔上制备CoSb_3纳米颗粒薄膜,该薄膜不添加任何粘合剂,直接用作锂离子电池电极。50次充放电测试数据表明:使用CoSb_3纳米颗粒薄膜的电极充放电性能良好,电荷存储容量较高;初始放电容量为378.8 mA·h/g,在初始充电过程中测试得到充入电容量为205.2 mA·h/g、库仑效率为54.1%;在第二个充放电周期获得了低了些的放电容量为222.6 mA·h/g和相应的充电容量205.2 mA·h/g,库仑效率为92.2%,从第二个循环周期开始锂离子电池已经有较高的充放电效率;在50个充放电周期后CoSb_3纳米薄膜的电容量下降到55.4 mA·h/g。在CoSb_3纳米薄膜的充放电周期中如此重大的电容量损失是归因于在锂化过程中产生了大型结构变化。     

SiO2掺杂介孔碳纳米球及其锂硫电池的特性

为了增加对锂硫电池在循环期间产生的多硫化物的吸附能力,用软模板法在溶液中通过自组装得到了SiO2掺杂介孔碳球,其中极性SiO2可以很好地吸附多硫化物,提高锂硫电池的循环性能。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征结果表明合成的介孔碳球分散性良好,粒径约为250 nm,具有封闭在内部的孔径约为20 nm的球形孔,封闭的孔结构可以为防止多硫化物流失提供良好的物理屏障。同时氮气吸附和脱附测试结果表明介孔碳球具有很高的比表面积(523 m2/g)和孔体积(0.67 cm3/g),热重分析仪(TGA)数据表明SiO2的质量分数为9.4%,灌硫后硫的质量分数为60%。电化学测试结果表明,在167.5 mA/g的电流密度下,SiO2掺杂介孔碳球的首次循环比容量为1173 mA·h/g,100次循环后比容量仍可达到770 mA·h/g,库仑效率保持在99%。在1675 mA/g的大电流密度下循环了500次后比容量从660 mA·h/g下降到550 mA·h/g,平均每次循环的比容量衰减率仅为0.036%。