LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系的性能研究

采用高温固相法合成了锂离子电池用正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和负极材料Li4Ti5O12。通过XRD和SEM分析,并借恒电流充放电和循环伏安法测试了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系的电化学性能。结果表明:LiNi0.5Mn1.5O4和Li4Ti5O12均为尖晶石结构,LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池具有良好的充放电循环可逆性,以0.5C倍率充放电,首次放电比容量可达124.31mAh·g–1,充放电循环50次后,放电比容量在116mAh·g–1以上,容量保持率为93.32%。     

熔盐处理对MnO2电化学性能的影响

采用固相法制备了MnO2,用KCl-LiCl熔盐体系对样品进行处理后,MnO2的结晶程度增加。XRD测试表明,产物为α-MnO2与γ-MnO2的混合晶相,循环伏安测试表明熔盐处理后材料具有典型的超级电容特性,其等效串联电阻(RESR)由0.26Ω减小到0.25Ω,电极电阻(RE)由0.57Ω减小到0.37Ω,单电极放电比容量由100.94F·g–1提高了28.34%达129.54F·g–1。样品在恒电流充放电循环100次后,比容量衰减不大,充放电效率接近100%。     

锂离子电池正极材料LiNi1-xCoxO2的合成及性能

以硝酸盐为原料,用sol-gel法合成锂离子电池正极材料LiNi1-xCoxO2,采用XRD、SEM和电化学测试等方法对材料的物理化学性质以及电化学性能进行表征。结果表明,经过Co掺杂后,材料具有较高的初始放电比容量和较好循环性能。在750℃下合成的LiNi0.8Co0.2O2,在3.0~4.2 V 0.2 C下经恒电流充放电测试,其首次放电容量为170.40mAh.g–1,经过30次充放电循环后放电容量为149.86 mAh.g–1,可逆容量的保持率为89.95%。     

双电层电容器中单/双面涂覆电极的电化学性能比较

以KOH为活化剂,采用微波加热石油焦一步法制备了微孔活性炭。采用循环伏安和恒流放电法研究了双电层电容器中单面和双面涂覆的活性炭电极电化学性能。活性炭的亚甲基蓝吸附值为247.8mg·g–1,N2吸/脱附结果表明,活性炭比表面积为1037m2·g–1,微孔孔容为0.54m3·g–1。结果表明,1000次循环后,双面涂覆电极的比容、比容保持率和两电极电容器的能量密度保持率分别为227.3F·g–1、96.6%和97.4%均高于单面涂覆电极;而双面涂覆电极的内阻仅为0.42Ω,小于单面涂覆电极的内阻。     

用于超电容器的高性能活性炭研究

运用化学活化法制备了超电容器用高比表面积活性炭。利用碘吸附、亚甲蓝吸附和BET测试,对样品的孔隙性进行了分析。以制备的活性炭为超电容器电极材料,利用循环伏安和恒流充放电测试其电容特性。结果表明,实验研制的活性炭的比表面积为173m2·g–1,平均孔径为2.36nm,绝大部分孔径都在5nm以内;在10–2A·cm–2的电流密度下活性炭的比容达180F·g–1,基于研制的活性炭的超电容器具有良好的功率特性。     

锂离子电池混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4电化学性能研究

采用湿法球磨制备了锂离子电池用混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了材料的结构和形貌,采用恒流充放电测试、循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS)方法研究了混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4的电化学性能。结果表明：混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4的晶体结构完好,碳包覆的纳米LiFePO4颗粒较好地包覆在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2表面。含质量分数15% LiFePO4的混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4电化学性能优良,0.2C首次充放电比容量为181.40 mAh?g–1,首次充放电效率为90.79%;1.0C循环50次后放电比容量为169.89 mAh?g–1,容量保持率为97.80%;3.0C循环5次后的放电比容量为162.22 mAh?g–1,容量保持率仍有89.43%;60 ℃高温存储7 d后,容量保持率和容量恢复率分别为86.48%和97.32%。     

石墨烯复合导电剂SP/CNTs/G对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池性能影响

用气相沉积法(CVD)和转移法制备了石墨烯,用超声分散及搅拌的方法分别制备了导电碳黑(SP)导电浆料,导电碳黑(SP)、碳纳米管(CNTs)复合导电浆料(SP/CNTs)及导电碳黑(SP)、碳纳米管(CNTs)和石墨烯(G)复合导电浆料(SP/CNTs/G),通过扫描电镜(SEM)、四探针测试、恒流充放电测试、循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS)等方法研究了导电剂对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面形貌、电阻率和电化学性能的影响。结果表明:添加质量分数2%复合导电剂SP/CNTs/G的样品电阻率较小,0.2 C首次充放电比容量分别为201.93 m Ah·g~(–1)和180.29 m Ah·g~(–1),首次充放电效率为89.28%。3.0C循环5次后的放电比容量为161.45 m Ah·g~(–1),容量保持率仍有89.69%,1.0C循环50次后放电比容量为166.97 m Ah·g~(–1),容量保持率为96.65%,倍率和循环性能优良。     

模板法制备超级电容器活性炭电极材料

以硅溶胶为模板剂,酚醛树脂为炭源,采用模板法制备了超级电容器活性炭电极材料。利用SEM和BET对实验制备的活性炭进行了分析和表征。以实验研制的活性炭为电极材料,通过循环伏安和恒流充放电测试对其电容性能进行了研究。结果表明:实验研制的活性炭的比表面积为1840m2/g,在7.5×10–3A/cm2的电流密度下,其比容达到290F/g。     

二维硫化铋复合泡沫镍正极材料的制备及在Li-O_2电池中的应用

采用水热合成法制备了二维硫化铋复合泡沫镍电极材料,避免了使用传统碳材料和粘结剂在充放电过程中有害放电副产物的生成。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对该复合材料的形貌和物相进行了表征,采用循环伏安法、恒流充放电法研究空气电极的电化学性能。结果表明,二维硫化铋复合泡沫镍作为空气电极的电池在充放电过程中具有降低过电位的效果,在100次循环内充电电压低于3.82 V。     

一种新型的锂离子电池负极材料

在固相合成的Li4Ti5O12中添加SnO2进行改性。用循环伏安、交流阻抗谱、恒流充放电技术研究了SnO2的添加对材料的电化学性能影响。试验显示,材料改性后,当以金属锂为对电极时,首次放电容量达400.02mAh·g–1,首次库仑效率为50%;当以LiCoO2为对电极时,首次放电容量为166.27mAh·g–1,经过15次循环后,容量衰减仅为3.3%。改性后的电极材料不但提高了容量,而且能够保持原有材料的高循环性能,可用作锂离子电池的负极材料。     

硫脲作还原剂制备二氧化锰及其电化学性能

通过化学液相法,用硫脲作为还原剂和高锰酸钾反应制备了无定形MnO2。用XRD和SEM研究了产物的结构和形貌,用恒流充放电和循环伏安测试考察了MnO2的电化学性能。结果表明:在0.5mol/L的Na2SO4溶液中,电位窗口为0～0.8V、电流密度为1×10–3A/cm2时,首次放电比容量为248F/g,,经过100次循环后比容量保持在232F/g。在(3～5)×10–3A/cm2的电流密度下放电比容量分别为198和182F/g,具有良好的电容特性。     

固相反应法制备NiO-Co_3O_4复合物及其超级电容器性能

采用固相反应法合成了摩尔比为4∶1的NiO-Co3O4复合物,用XRD和SEM表征了样品的相结构和形貌,采用循环伏安(CV)法和恒流充放电测试两种方法研究了纯NiO、纯Co3O4和NiO-Co3O4复合物电极的电化学性能。结果表明:所得复合物样品为立方相结构,Co3O4的掺入增加了NiO样品的孔穴率。在6mol.L–1的KOH电解液中,复合物的比电容达到了476F.g–1,远高于纯NiO(约93F.g–1)和纯Co3O4的比电容(约148F.g–1)。在充放电1000次后,NiO-Co3O4的比容量仅衰减了3.4%,显示出该复合物的电化学性能明显优于纯NiO和纯Co3O4。     

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%。     

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。     

金属氧化物改性炭电极及EDLC性能研究

将市售活性炭用Ni(NO3)2及Co(NO3)2溶液浸渍后进行高温热解处理。采用BET、循环伏安、恒流充放电等测试手段,研究改性活性炭电极构成的双电层电容器(EDLC)性能。结果表明,由Ni(NO3)2及Co(NO3)2热解产生的NiO、CoO有显著的准电容效应,与活性炭原有的双电层电容构成了复合电容,因而改性炭的电容量有明显提高,质量比电容分别高达246.1,198.8 F/g,比原样炭的130.1 F/g分别提高了89.2%、52.8%。     

超级电容器新型复合电极材料MnO_2/活性MCMB的研究

以Mn(NO3)2、活性中间相碳微球(活性MCMB)为原料,采用KBrO3氧化法,成功制备了MnO2/活性MCMB新型复合电极材料;以该材料制成电极,并以质量分数为30%的KOH溶液为电解液,组装成扣式电容器。通过XRD和SEM分析了MCMB,活性MCMB及MnO2/活性MCMB的晶相结构和表面形态;采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电法研究了电容器的电容性能。结果表明:以MnO2/活性MCMB复合电极制成的电容器电容性能优良。在0.5A/g电流密度下,其充放电曲线表现出典型的电容行为,初始比容量高达403.5F/g,相应能量密度为12.5Wh/kg;其循环伏安曲线关于零电流线对称,呈现为较规则的矩形;其等效串联电阻约为0.7Ω。     

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%。     

微波活化制备双电层电容器用活性炭的研究

以炭化椰壳为原料,微波活化制备出高比电容量双电层电容器用活性炭。考察了微波辐射时间、起电弧时间,以及KOH与炭化椰壳配比对活性炭比电容量的影响。结果表明,在微波辐射时间为7min,起电弧时间为5min,KOH与炭化料质量比约为3∶1时,比电容量达266.71F/g。以该活性炭作电极的双电层电容器具有良好的充放电性能和循环稳定性能。     

镍钴酸锂的空气气氛下高温固相合成

通过改进马弗炉结构,在空气气氛下合成了LiNi0.7Co0.3O2锂离子二次电池正极材料。利用XRD、SEM和循环充放电测试等手段,研究了材料结构与电化学性能之间的关系。实验电池以C/3的电流倍率在2.7~4.2V进行恒流充放电循环,电池首次充电比容量与放电比容量分别为181mAh/g和157mAh/g,库仑效率为86.7%。经过15次循环后,放电比容量趋于稳定,库仑效率保持在98%以上。循环40次,放电比容量为122mAh/g。     

微波辐照石油焦制备双电层电容器用活性炭

以石油焦为原料,KOH为活化剂,采用微波辐照加热法,制备了石油焦基双电层电容器用活性炭。研究了石油焦与KOH活化剂的比例、微波功率以及微波辐照时间对活性炭孔径分布和比电容量的影响。结果表明:在KOH活化剂与石油焦的质量比为3.5∶1,微波功率800W和辐照时间7min时,制备的活性炭比表面积为2031.96m2/g,比电容量达286.79F/g,以该活性炭作电极的双电层电容器有良好的循环稳定性和充放电性能。