碳纳米管-介孔碳/硫复合材料的制备及其电化学性能

以碳纳米管作为基体、葡萄糖作为水热碳源,制备具有介孔结构的同轴碳纳米管-碳材料,再将硫负载到该碳基材料后得到碳纳米管-碳/硫复合材料,然后将其用作锂硫电池正极材料。利用SEM、TEM、XRD、TGA、BET等对该碳材料进行形貌结构表征。结果表明:该材料具有介孔结构,将其作为锂硫电池正极材料可有效地限制活性物质的损失。对所制备电池进行电化学测试,在0.2 C的倍率下碳纳米管-碳/硫电极首圈放电比容量为1295 mAh/g,经循环200圈后的放电比容量为653 mAh/g,每圈容量衰减率为0.24%;当充放电倍率增加到1.0 C时,首圈放电比容量为823 mAh/g,循环200圈后放电比容量高达569 mAh/g,表明该材料作为锂硫电池正极具有优异的高倍率性能。采用该方法制备的介孔碳材料有效地缩短了离子和电子的传输路径,为实现大倍率充电、降低活性物质损失提供了新的解决思路。     

NiCo_2S_4&KB复合材料的制备及其电化学性能

针对锂-硫电池中活性物质硫和Li_2S/Li_2S_2导电性差,充放电过程中硫的体积膨胀、中间产物多硫化物离子易溶于电解液等问题,以科琴黑(KB)、六水合硝酸镍(Ni(NO_3)_2·6H_2O)、六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)和尿素为原料,经水热和热熔过程制备出均匀分散的NiCo_2S_4KB/S正极材料,并将该正极材料应用于锂-硫电池电化学性能研究。结果表明:经过0.5 M硫化钠处理的NiCo_2S_4KB/S电极表现出优异的电化学性能;在低电流密度下(0.2 C),初始放电比容量为1278 mAh/g,循环100圈后其比容量仍保持在984 mAh/g,库伦效率达到94.20%;在5.0 C的高电流密度下,首圈放电比容量为437 mAh/g,200圈后容量仍能达到331 mAh/g,平均每圈衰减率为0.12%。该复合材料为锂-硫电池的正极材料的设计与制备提供一种新的思路和方法。     

高比表面积炭材料中间层构筑高性能锂硫电池

电动汽车的发展和应用对电化学储能领域的能量密度提出了更高的要求。锂硫电池的理论能量密度为2 600 Wh·kg^-1,是非常有前景的电化学储能体系,其面临的主要障碍包括：单质硫低的导电率影响其放电比容量;充放电中间产物的穿梭效应降低了电池的循环稳定性。针对这些问题,本实验选用具有高比表面积的多孔炭材料PC修饰聚丙烯隔膜作为中间层。PC优异的导电性可以促进活性物质的利用。通过中间层的物理阻挡和PC对多硫化物的吸附作用抑制锂硫电池的穿梭效应。添加PC中间层的锂硫电池在0.1 C的放电比容量为1 150.2 mAh·g^-1,循环100次容量保持在806.6 mAh·g^-1,在2 C下的比容量为444.7 mAh·g^-1。PC中间层显著提升了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。     

CNT@PP膜的制备及其在锂金属电池中的应用

为解决锂金属作为负极时锂金属/电解液界面的不稳定性和锂金属表面可能出现的锂枝晶生长问题,利用聚乙烯亚胺(PEI)与聚丙烯酸(PAA)的静电吸引作用包覆碳纳米管(CNT),通过真空抽滤的方式制备了PEI与PAA包覆CNT(CNT@PP)膜,对其微观形貌和分子结构进行表征,并将CNT@PP膜作为锂金属负极的保护层组装为电池,对电池的循环稳定性能、倍率性能和循环性能进行测试。结果表明：PEI和PAA均匀附着在碳纳米管上,并形成纳米级孔道结构;PEI与PAA具有强静电作用;在1.0 mA/cm²的电流密度下,Li‖Li对称电池能稳定循环250 h,表明CNT@PP膜有利于锂的均匀沉积和界面稳定;在全电池恒流充放电中,CNT@PP膜能明显提高全电池的倍率性能,2.0 C下比容量达91 mAh/g,而无保护电池的比容量仅为22 mAh/g;在0.5 C长循环测试中,CNT@PP膜保护的电池可稳定循环200圈,并有75.21%的容量保持率。该研究表明,CNT@PP膜可以有效地保护锂金属负极,是改善锂金属电池的可行策略。     

碳纳米管/宣纸夹层对锂硫电池性能的影响

为减少锂硫电池的穿梭效应以提高其电化学性能,使用喷涂法制备用于锂硫电池的碳纳米管/宣纸夹层,利用其吸附性能来控制多硫化物的穿梭效应;并将该夹层应用于锂硫电池,研究不同碳纳米管负载量的夹层对于锂硫电池性能的影响。结果表明:碳纳米管均匀地包覆在宣纸纤维的外侧;夹层中碳纳米管负载量为0.8 mg/cm~2时,在0.1 C下首圈容量为1 236.3 mA·h/g,在0.5 C循环100圈后,其仍能保持451.7 mA·h/g的比容量,高于其他碳纳米管负载量的锂硫电池;在1.0 C的高倍率下,该锂硫电池仍具有稳定的电化学性能。     

氮掺杂介孔碳/硫复合材料的制备及其用作锂硫电池正极材料的研究

以魔芋粉作为碳源、三聚氰胺作为氮源和氢氧化钾作为活化剂制备具有氮掺杂的多孔碳基材;利用热熔法将硫负载在该多孔碳基材中,得到碳硫复合材料,并将其用作锂硫电池的正极材料。采用扫描电镜、透射电镜、比表面分析仪、X射线衍射仪、热重分析仪以及X射线光电子能谱仪对材料的形貌、结构以及化学成分进行分析检测。实验结果表明:魔芋的凝胶化转变可原位固定三聚氰胺,从而实现氮元素在碳基材中的均匀分布,掺氮量高达6.22%,且所得碳基材具有丰富的微孔/介孔结构,比表面积为998m2/g。掺氮介孔碳/硫复合材料用于锂硫电池的正极材料时,表现出优异的电化学性能,在0.5C与1.0C的倍率下,循环200圈后的比容量分别为532mAh/g与490mAh/g,是一种理想的锂硫电池正极材料。     

MOFs及其衍生物在锂硫电池正极中的应用

锂硫电池因高比容量、高能量密度、低成本和环境友好等显著优点，有望成为取代锂离子电池的下一代高比能电池。然而，锂硫电池的实际应用严重受限于电极材料中存在的系列问题，如较低的离子/电子传导性、多硫化物的穿梭效应、充放电中较大的体积变化和锂负极的稳定性等。将硫与各类载体材料结合来提高活性材料的利用率和电池循环稳定性成为当前的研究热点。在已报道的各类载体材料中，具有丰富的孔道和开放活性位点的金属有机框架及其衍生物材料因其优异的结构特点引起了人们的广泛关注。总结了金属有机框架及其衍生物在提高硫正极循环稳定性中的应用进展，并对其在锂硫电池中的发展趋势进行了展望。     

PDA源多孔碳的制备及其电化学性能

多硫化物会造成锂硫(Li-S)电池活性物质利用率不足、电池循环稳定性差等问题,为获得高循环稳定性的锂硫电池,以聚多巴胺(PDA)纳米粒子作为前驱体制备多孔碳,以获得具有高的比表面积及导电性的碳材料,将其用作锂硫电池正极硫载体,分析该碳/硫复合电极的电化学性能.结果表明:在0.20 C电流密度下碳/硫电极首圈放电容量高达...     

纳米硫化锂/碳复合正极材料的制备及其电化学性能

为了提高硫化锂正极的倍率性能、抑制多硫化锂穿梭并降低成本,以三硫化二锂作为硫化锂的前驱体,聚乙烯吡咯烷酮和碳纳米管作为碳源,经高温处理制备纳米硫化锂/碳复合材料,以此作为锂硫电池的正极材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重分析仪对该复合材料的形貌、结构以及组成进行表征,并进行电化学性能测试。结果表明：制备的纳米硫化锂/碳复合正极材料中,纳米硫化锂分散均匀并被热分解的碳包覆,合成的三硫化二锂前驱体在空气中具有一定的稳定性,能够降低纳米硫化锂的生产成本;将纳米硫化锂/碳复合正极材料用于锂硫电池时,在0.07 C(1 C=1166 mA/g)倍率下初始放电比容量达910 mAh/g,在1.00 C高倍率下循环150次后,可逆容量保持在484 mAh/g,这表明纳米硫化锂/碳的活性物质利用率较高、多硫化锂穿梭较弱。采用三硫化二锂前驱体制备高性能硫化锂复合材料,工艺成本低,有助于硫化锂正极材料的实际应用。     

锂电池用硫／石墨复合正极材料的制备及性能

在150℃时将单质硫和石墨加热处理,制备硫／石墨插层复合材料．通过扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TG）和比表面积测试（BET）对该材料进行了表征,并用该复合材料作为正极活性物质,制备成锂硫二次电池,测试电池的充放电循环性能．结果表明,硫／石墨复合材料用作锂硫二次电池的正极时,可以减缓电池容量衰减速度,电池首次放电容量为950mAh·g^-1,50次循环后容量为420mAh·g^-1．     

镍纤维管改善锂硫电池性能

为了改善锂硫电池的比容量和循环稳定性等电化学性能,以聚丙烯腈纤维为基体,采用无钯活化化学镀法在其表面镀一层镍,制备得到复合纤维.通过热处理去除复合纤维中的聚丙烯腈,得到氧化镍中空纤维,然后在氢等离子体气氛中对氧化镍中空纤维进行还原制备中空镍纤维管,并以它作为锂硫电池正极材料活性物质的承载体,制备含镍纤维管的硫电极来改善锂硫电池的电化学性能.采用扫描电子显微镜和X射线能谱仪表征镍纤维管的表面形貌和成分,结果表明:所制备的纤维管主要是镍,但含有少量的磷,可能是镀液中次磷酸盐中的磷元素被还原,且管径为10～15μm,管壁厚度均匀,约0.7μm.采用恒流充放电和交流阻抗谱对含镍纤维管硫电极的电化学性能进行表征,结果表明:添加镍的纤维管能够增强锂硫电池的电化学性能,在充放电电流密度为每平方厘米0.2mA的条件下,镍纤维管增强硫电极的首次放电比容量为941.6mAh/g,20次循环后的放电比容量仍保持在593.3mAh/g,表现出较高的放电比容量和良好的循环稳定性.     

电解液对锂硫电池性能的影响

锂硫电池充放电时产生的多硫化锂易溶于电解液,导致活性物质减少,电池的循环性能变差,容量衰减.本文通过使用不同成分的电解液,探索其对锂硫电池充放电性能的影响.并采用XRD对正极材料进行表征,在真空手套箱里面组装成电池,利用高精度电池性能分析测试仪对使用不同电解液组装的电池进行首次放电和循环性能分析.结果表明,C/S复合材料呈现出非晶态的结构.采用1mol/L的LiPF6的DME/DOL(体积1∶1)电解液组装的电池首次放电比容量达到了1 200 mAh/g,其充放电效率稳定在70％左右.     

CNF/Fe在锂硫电池正极中的应用

以铁粉(Fe)为催化剂,通过热丝化学气相沉积的方法制备纳米碳纤维(CNF),得到CNF/Fe复合粉体,后将其代替乙炔黑用于锂硫电池正极.采用扫描电子显微镜和X射线衍射的方法对CNF/Fe进行表面形貌和结构表征,采用恒流放电和交流阻抗测量法对正极进行电化学性能测试.结果表明,制备的CNF/Fe中CNF的直径在200 nm附近.在0.2 mA/cm2的电流密度下充放电,含有CNF/Fe的正极在2.0 V附近出现长的放电平台,正极中硫的初次放电比容量达801 mAh/g,40次循环后的可逆放电比容量仍有498 mAh/g.     

金属有机框架材料化学微环境调控及在锂硫电池中的应用

锂硫电池(Lithium-Sulfur Batteries, LSBs)因硫具有高理论比容量、较低的成本以及环境友好性，被认为是最有潜力的新一代储能器件之一。然而，目前LSBs仍存在一些未解决的关键问题，如氧化还原动力学缓慢、多硫化物(Lithium Polysulfides, LiPSs)溶解和扩散引发的穿梭效应，以及充放电过程中电极的体积变化等。这些问题导致LSBs容量及循环稳定性较差，严重阻碍了LSBs的实际应用。金属有机框架(Metal-organic Frameworks, MOFs)材料具有高度可调的孔化学微环境，通过调控金属中心/团簇和有机配体可以在分子层级调控MOFs对多硫离子等客体分子的化学吸附和催化能力。因此，将MOFs应用于LSBs中，能够有效地实现对多硫离子的捕获、阻隔并加速其催化转化，进而实现对穿梭效应的抑制并提高LSBs的电化学性能。本文总结了通过对MOFs孔化学微环境进行调控，开发出的各种基于MOFs的高性能插层膜材料、正极材料和多功能隔膜材料，并分析了MOFs孔化学微环境进行调控影响LSBs性能的机理，最后提出了可应用于高性能LSBs的MOFs材料开发存...     

花状SnS@CNTs/S复合正极材料用于高性能锂硫电池

针对锂硫电池中硫的电导率低和穿梭效应严重的问题,通过简易的一步水热法构筑了花状硫化亚锡和碳纳米管（SnS@CNTs）复合材料,将其作为硫主体。通过吸附实验和电化学测试,论证了CNTs可以提供发达的导电网络,促进离子/电子的传输,并且CNTs与SnS之间的C—S键可以高效地固定和转化多硫化物,从而抑制穿梭效应。基于此,SnS@CNTs/S电极表现出优异的锂硫电池性能,在0.1 C电流密度下的首圈放电容量能达到1 314.4 mA·h·g-1,在0.5 C电流密度下循环200圈后仍能保持594.1 mA·h·g-1的比容量。因此,SnS@CNTs/S是一类出色的高性能锂硫电池的正极材料。     

锂硫电池二氧化钛纳米线复合隔膜的制备及其电化学性能

锂硫电池具有能量密度高,对环境友好等优点,受到了人们的广泛关注。但锂硫电池现存的问题,特别是"穿梭效应"的存在会造成电池容量的快速衰减。针对其"穿梭效应",用纳米线形态的二氧化钛制备了复合隔膜SCTNW,并探究该复合隔膜对锂硫电池性能的影响。电化学测试表明SCTNW可以减小电池的极化,抑制"穿梭效应",有效的提高电池的倍率性能和长循环性能且当SCTNW厚度为200μm时,锂硫电池具有最好的长循环性能。     

锂硫二次电池S-V2O5正极复合材料的制备及其电化学性能

采用不同化学计量比的单质硫和五氧化二钒合成复合材料,应用XRD和SEM表征观察硫-五氧化二钒复合材料,循环伏安、交流阻抗和电池充放电测试材料的电化学性能。结果表明：n（S）∶n（V2O5）为5∶1时具有较好的电化学性能,首次放电比容量为396.7 mAh·g^-1,以0.1 C倍率循环20次后的容量为350 mAh·g^-1。     

ETPTA复合PVDF-HFP基聚合物固态电解质膜的制备与性能研究

固态电池因其优异的性能备受关注,但是与传统的液态电池相比,离子传输能力偏弱,原因是固-固界面离子传输困难。本文制备了以聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）为基的固态电解质膜,并探究PVDF-HFP和增塑剂乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）质量比为1.0∶0.3、1.0∶0.4、1.0∶0.5时对电解质膜离子传输的影响,并组装成以磷酸铁锂为正极、锂片为负极的固态电池,研究其电化学性能。研究发现：当PVDF-HFP和ETPT质量比为1.0∶0.4时,锂离子迁移数达0.89,电化学窗口可达4 V,离子电导率达到8×10-5S/cm,表现出良好的稳定性。将质量比为1.0∶0.4的电解质膜装配成固态电池,经过激活之后,首先在0.1C的倍率下进行测试,首圈充电比容量为133 m A·h/g,首圈放电比容量为129 m A·h/g,在20圈循环测试后,放电比容量也能保持在120 mA·h/g以上,容量保持率为92%。     

二氧化钛/石墨烯复合材料的合成及电化学性能

为了提高TiO_2的导电性和材料的分散性,进而提高材料的倍率性能和循环性能,将二氧化钛与石墨烯复合,通过水热法合成了二氧化钛/石墨烯(TiO_2/rGO)复合材料,并对材料的形貌进行了表征,测试了材料用于锂离子电池的电化学性能.结果表明:与石墨烯复合后材料的比容量和倍率性能均升高,在电流密度为0.1C(C=150 mA/g)下,初始放电容量为374 mAh/g,50周后的放电比容量仍保持在165 mAh/g,循环保持率为44%,远高于同种方法下合成的二氧化钛样品50周后的比容量50 mAh/g和保持率17%.     

黏结剂对钾硫电池正极材料性能的影响研究

针对钾硫(K-S)电池中硫化聚丙烯腈(SPAN)正极在循环过程中因结构不稳定易发生容量衰减问题,以黏结剂为研究对象,比较了羧甲基纤维素钠(CMC)和聚偏二氟乙烯(PVDF)黏结剂对SPAN正极电化学性能的影响,并进一步通过动力学测试和电极形貌微观测试探明黏结剂结构对电池性能的影响机理。倍率性能测试结果表明：使用CMC黏结剂制备的SPAN电极在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、3C倍率下分别具有1 256、1 161、1 058、946、716、538 mAh/g的放电比容量,之后再以0.1C倍率充放电所得放电比容量仍保持为1 253 mAh/g,明显优于PVDF黏结剂制备的SPAN电极的倍率性能。此外,循环性能测试结果表明：使用CMC黏结剂制备的SPAN电极在0.5C电流密度下经过100次循环后仍具有822 mAh/g的放电比容量,容量保持率高达75.6%,明显优于PVDF黏结剂制备的SPAN电极的循环性能。机理测试结果表明：CMC黏结剂性能优异的原因在于其结构中大量的含氧活性官能团,一方面可以与活性物质颗粒之间形成较强的化学相互作用,显著提高黏附强度,从而能够承受循环过程中S...