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。     

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．     

碳微米螺旋纤维的电化学特性研究

用碳螺旋纤维作锂离子电池的电极,选择金属锂片作为对电极和参比电极,系统地测量其极化过程中的充放电曲线、循环性能以及电化学阻抗谱.结果表明：首次放电比容量为304.06mAh/g,首次充电比容量为184.87mAh/g,不可逆比容量为119.19mAh/g;循环实验显示,该材料第150周放电比容量达到170mAh/g,为第2周的80%,循环性能良好,这与碳螺旋纤维的大比表和中空结构密切相关;首次放电阻抗谱显示,当电极电位位于1.2～0.6V时,电解液与螺旋纤维间的固体电解质相界面膜（简称SEI膜）开始生长,所形成的SEI膜性质稳定,这也为维护循环稳定性提供有力保障.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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...     

Al^（3＋）掺杂α-Ni（OH）2复合CNTs电极材料的高温性能

采用化学共沉淀法制备Al^（3＋）掺杂α-Ni（OH）2粉体,将其复合碳纳米管（CNTs）制成镍电极材料并研究其在高温下的电化学性能。结果表明：以混合CNTs（w=0.5%）的Al掺杂α-Ni（OH）2样品材料为活性物质制成镍电极,由其组装的MH-Ni电池在65℃高温环境下,采用0.2和1.0 C充放电制度的放电比容量分别为391.1和366.4 mAh·g^-1;经40次充放电循环,放电比容量衰减率分别为6.8%、11.98%,表现出较好的高温环境电化学性能。     

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.     

锂离子电池中电沉积锡镍合金电极的嵌锂性能

为获得具有更高比容量的锂离子电池负极材料,通过电沉积方法制备了Sn—Ni合金电极．对合金镀层组成与形貌进行了表征,测试了电极的电化学性能．电沉积Sn—Ni合金电极是Ni,Sn2和Sn复合电极,电极中Sn与Ni的摩尔比为1：1．15,电极首次放电容量可达500mAh／g,库仑效率88％,前10次循环库仑效率都在98％以上,50次循环时放电容量仍可达350mAh／g,库仑效率在94％以上．循环伏安和微分容量曲线都表明,多次循环后的电极完全表现出电沉积Sn电极的特征．扫描电镜照片表明,循环后的Sn—Ni合金电极发生了严重的膨胀和破裂．     

碳纳米纤维／镍管复合材料的制备

采用化学镀法在化学纤维布表面覆盖均匀镍层,通过热处理去除基体后获得中空镍纤维管;将其置于化学气相沉积装置中,通过调整合适的氢气和甲烷流量比及气压条件制备了以中空微米镍纤维管为主体结构、碳纳米纤维（CNF）以及金属管体结构为存储介质的碳纳米纤维／镍管复合纤维材料．运用扫描电子显微镜（SEM）分析中空镍纤维及复合纤维管表面形貌,x射线衍射（XRD）对复合纤维管晶相组成进行表征．结果表明,利用模版法制备出的中空镍纤维管孔径在10μm左右,管壁厚约0．5μm;化学气相沉积制备过程中,当微波功率500W,氢气和甲烷流量比100：6,气压4．0kPa,沉积时间5min时,复合纤维管外壁和端口内壁均匀沉积长径比较大且直径均匀分布的碳纳米纤维,碳纤维直径约50nm;复合纤维成分为碳纳米纤维、镍和三镍化磷合金相,其中碳纳米纤维表现为石墨相．表面覆盖有碳纳米纤维的镍管复合材料,增加了材料自身的吸附存储和导电性能,可应用于多相催化、电容存储和电极材料等领域．     

泡沫碳@SnO2复合材料的制备及电化学性能

为了提高氧化锡（SnO₂）电极的电化学性能,采用牺牲模板法和水热法相结合,制备了C@SnO₂复合电极材料。结果表明水热反应过程中生成的SnO₂纳米颗粒负载在泡沫碳的骨架上,或存在于泡囊中。C@SnO₂电极在0.1 A/g的电流密度下循环100圈后比容量超过660 mAh/g。在1.6 A/g的大电流密度下充放电时,电池的比容量达到较高水平（≥310 mAh/g）。这种优异的电化学性能归因于SnO₂纳米颗粒的纳米特性和泡沫碳的特殊结构,可以改善电子传导性,并适应脱嵌锂过程中SnO₂的体积变化。与纯SnO₂电极相比,C@SnO₂复合电极的比容量显著提升,稳定性也得到了增强。     

Salt-washing Improvement of the Electrochemical Properties of Zeolite-sulfur Cathode for Lithium-sulfur Batteries

We displayed that the low-cost natural zeolite with molecular sieve structure can be used as the carrier of sulfur in lithium-sulfur batteries.Meanwhile,a simple salt-washing method was implemented on zeolite for dredging the internal microchannel to improve the ability of adsorption,ion exchange and sulfur loading.The experimental results show that the first specific discharge capacities of zeolite/S and salt-washed zeolite/S cathode under 0.2 C current density are 950.7 and1 116.8 mAh/g,respectively,and corresponding discharge capacities remain at 350.6 and 604.2 mAh/g after 300 cycles.The first specific discharge capacity of salt-washed zeolite/S composite is 17.5% higher than that sample without salt-washing,and the corresponding ionic conductivity is improved.     

Electrochemical performance of nickel oxide／KOH／active carbon super-capacitor

The fabrication and characterization of new type Nickel oxide/KOH/Active carbon super-capacitor have been described. Porous nickel oxide was prepared by hydrolysis of nickel acetate and heated in air at 300℃. The resulting nickel oxide behaved as an electrochemical capacitor electrode with a specific capacitance (50-70 F/g) superior to most active carbon electrodes. This kind of nickel oxide maintained high utilization at high rate of discharge (i.e., high power density) and had excellent cycle life more than 1 000 times,while the capacitance of the cell composed of two identical nickel oxide electrodes was poor at high discharge current density and the maximum operational voltage of this type capacitor was limited to 0.5 V. A new type super-capacitor was designed in which the nickel oxide and the active carbon were applied to the positive and negative electrodes respectively. The breakdown voltage of this type super-capacitor was improved effectively to 0.8 V and excellent characteristic of high power discharge was attained in this way. The Nickel oxide/KOH/Active carbon super-capacitor has promising potentials in portable telecommunications, uninterruptable power supplies and battery load leveling applications.     

In situ growth of NiS2 nanosheet array on Ni foil as cathode to improve the performance of lithium/sodium-sulfur batteries

The NiS₂ nanosheet array on Ni foil (NiS₂/NF) was prepared using an in situ growth strategy and sulfidation method and was used as the cathode of lithium sulfur battery. The unique nanostructure of the NiS₂ nanosheet array can provide abundant active sites for the adsorption and chemical action of polysulfides. Compared with the sulfur powder coated pure NF (pure NF-S) for lithium sulfur battery, the sulfur powder coated NiS₂/NF (NiS₂/NF-S) electrode exhibits superior electrochemical performance. Specifically, the NiS₂/NF-S delivered a high reversible capacity of 1007.5 mAh g⁻¹ at a current density of 0.1 C (1 C= 1675 mA g⁻¹) and kept 74.5% of the initial capacity at 1.0 C after 200 cycles, indicating the great promise of NiS₂/NF-S as the cathode of lithium sulfur battery. In addition, the NiS₂/NF-S electrode also showed satisfactory electrochemical performance when used as the cathode for sodium sulfur battery.

     

复合掺杂Nd(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)非晶态Ni(OH)_2电极活性材料的制备及其表征

以NiSO_4、ZnSO_4和Nd(NO_3)_3为原料, 采用共沉淀快速冷冻法制备出了复合掺杂稀土Nd(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)的非晶态氢氧化镍粉体材料.测试发现:样品材料微结构无序性强,结晶水含量较高.将样品材料制备成镍电极并组装成MH-Ni电池,在80 mA/g恒电流充电5.5 h、40 mA/g恒电流放电、终止电压为1.0 V的充放电制度下,复合掺杂6%Nd(Ⅲ)和6%Zn(Ⅱ)样品材料电池的放电平台为1.262 4 V,放电比容量为343.12 mAh/g,远高于目前应用的β-Ni(OH)_2电极活性材料的放电比容量.     

复合掺杂Nd（III）和Zn（II）非晶态Ni（OH）2电极活性材料的制备及其表征

以NiSO4、ZnSO4和Nd（NO3）3为原料,采用共沉淀快速冷冻法制备出了复合掺杂稀土Nd（III）和Zn（II）的非晶态氢氧化镍粉体材料。测试发现：样品材料微结构无序性强,结晶水含量较高。将样品材料制备成镍电极并组装成MH—Ni电池,在80mA／g恒电流充电5．5h、40mA／g恒电流放电、终止电压为1．0V的充放电制度下,复合掺杂6％Nd（III）和6％Zn（II）样品材料电池的放电平台为1．2624V,放电比容量为343．12mAh／g,远高于目前应用的B-Ni（OH）2电极活性材料的放电比容量。