一维氮化钒纳米线在锂硫电池中的研究

锂硫电池以其高理论比容量、高能量密度、储量丰富等优点得到了人们的广泛关注,但锂硫电池充放电过程中存在的多硫化锂严重的穿梭效应等缺陷制约着其进一步发展。为了能有效抑制穿梭效应、改善锂硫电池性能,采用水热法制备了一种结晶良好、元素分布均匀的一维氮化钒纳米线,将其作为隔膜修饰材料后,电解液间的浸润性得到了改善,离子传输性能得到了提升;同时,修饰层的形成有效地覆盖了初始隔膜较大的孔洞,从而有效抑制了多硫化锂的穿梭效应,电池的倍率性能和循环性能得到了提升。0.1C下的初始放电容量可达1055 mAh·g^-1,0.5C、1C、2C、5C下的放电容量也能分别维持在862m Ah·g^-1、803m Ah·g^-1、736m Ah·g^-1和651m Ah·g^-1,1C循环后的容量能维持在641 mAh·g^-1。当正极硫负载量为3 mg·cm^-2时,3C循环后的容量也能维持在645 m Ah·g^-1。     

一种可同时用于钠离子和钾离子电池的Bi2S3基负极材料初探

Bi₂S₃是一种有潜力的转换合金化负极材料,它具有较高的首次可逆钠离子充/放电容量567.6m Ah·g^-1/744.2m Ah·g^-1和钾离子充/放电容量464.3m Ah·g^-1/984.5m Ah·g^-1,但稳定性和倍率性能均有待改善。同步进行掺氮碳层包覆(Bi₂S₃@NC)和石墨烯包覆(Bi₂S₃@rGO)实验后,发现NC包覆效果不明显,而rGO在较少容量损失的前提下,大幅改善循环稳定性,经100次循环后分别用于钠离子和钾离子存储均可维持100m Ah·g^-1左右的可逆容量。且倍率性能改善更为明显,2000mA·g^-1时,Bi₂S₃@rGO仍能保持183.9mAh·g^-1的高可逆钠离子存储容量。     

花状Ni(OH)2的制备及其电化学性能研究

以NiCl₂·6H₂O和NH₃·H₂O为原料,采用简单的水热法,借助表面活性剂CTAB成功合成了β-Ni(OH)₂。研究表明,该材料具有以纳米片相互穿插构成的花状分层微米球结构,比表面积高达45 m²?g^-1。电化学测试表明材料具有良好的电化学性能,在3 A?g^-1的充放电电流密度下,Ni(OH)₂的比容量达到505 C?g^-1,在超级电容器领域具有良好的应用前景。     

落叶用于制备锂硫电池正极导电材料

以常见废旧落叶为原料,通过改变制备工艺参数得到性能优异且具有较大比表面积的活性炭。落叶制备的活性炭负载硫后做为锂硫电池正极材料,硫负载量高达70%(wt.%)。采用SEM、红外、BET等方法,分析正极材料的结构和官能团。本文制备出的活性炭,比表面积可高达2894.25 m²·g^-1。在0.1 C循环时首圈放电比容量可达1295 mAh·g^-1,0.5 C循环200圈后比容量还能维持在507mAh·g^-1。电池在2 C时电池放电比容量可达535 mAh·g^-1,当倍率恢复到0.2 C时,容量可以恢复到756 mAh·g^-1,体现了材料优异的电化学性能。     

Sb/Sb2O3/C复合纳米纤维膜制备与储锂性能研究

Sb作为锂离子电池负极材料具有较高的理论容量,但在合金/脱合金化过程中的体积粉化严重影响了其循环稳定性。本文首先合成了含锑MOF纳米片(Sb-MOF),并通过静电纺丝技术将其复合到纳米纤维中,经过热处理后制备了Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜。得益于Sb/Sb₂O₃在碳基质中的高分散性,所得复合纤维膜在锂离子电池中表现出优异的倍率和循环性能,具体表现为：在0.1 A g^-1和4 A g^-1电流密度下,可逆比容量分别为713 m Ah g^-1和352 m Ah g^-1;在1 A g^-1电流密度下循环500次后容量保持率为82.3%。优异的储锂性能、简单的工艺以及自支撑特性使得该Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜作为自支撑电极在锂离子电池领域具有较大的发展潜力。     

钠离子电池层状正极材料Na0.67Mn0.67Ni0.13Fe0.13O2的制备及性能研究

为了研制出低成本、高性能的电池材料,选取价格低廉的Mn、Fe元素作为研究材料的主要组成元素,设计并合成了Na_0.67Mn_0.67Ni_0.13Fe_0.13O₂层状正极材料,研究了该材料的形貌、结构和电化学性能。X射线衍射测试结果表明Na_0.67Mn_0.67Ni_0.13Fe_0.13O₂材料具有纯的P2相结构。在2～4.3 V电压范围内进行恒电流充放电测试,0.5 C倍率下,材料的首周放电比容量为112.9 mAh·g^-1,经过100周循环后,放电比容量为79.1 mAh·g^-1,容量保持率为69.97%;在10 C高倍率下,首周放电比容量为80.42 mAh·g^-1,1000周循环后放电比容量达到42.11 mAh·g^-1,容量保持率为51.72%。材料展现出优秀的高倍率性能。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

多孔FeF2正极材料的制备及电化学性能研究

利用分解反应中大比例质量损失和大量气体产生,制备出具有40.369m²·g^-1大比表面积的多孔FeF₂材料。多孔结构为FeF₂材料构建了优异的离子和电子导电通路,表现出优秀的倍率性能和循环性能。在2C、5C和15C的倍率下分别表现出589.21mAh·g^-1、406.95mAh·g^-1和83.53mAh·g^-1的高放电比容量。在0.5C和2C下,循环100次后放电比容量分别为502.5mAh·g^-1和267.9mAh·g^-1。该结果为电池正极材料提升倍率性能提供了新思路。     

含醌式结构的聚三苯胺衍生物锂电池正极材料制备及其电化学性能

有机聚合物材料因其特有的结构可设计性和优秀的氧化还原性能成为潜在的锂离子电池电极材料。本文合成了一种含有醌式结构的三苯胺衍生物功能单体(BDPAA),并通过氧化聚合法制备了聚[2,6- 双(二苯基氨基)- 9,10- 蒽醌]聚合物(PBDPAA)。作为锂电池正极材料,新型电极材料展现出提高的比容量和倍率性能(与聚三苯胺电极材料比较)。该电极材料首次放电比容量为 184.6mAh·g^-1;充放电循环稳定性能研究表明,电极材料比容量在初始几圈迅速衰减,5 圈之后基本稳定,50 圈循环后比容量保持在 93mAh·g^-1;倍率性能研究表明,在 20、50、100、200 和 500mA·g^-1 电流倍率下,电极材料的放电比容量分别为 119.3、104.9、92.1、90.3和 79.7mAh·g^-1。电化学阻抗测试得到 PBDPAA 材料具有比 PTPA 材料的电荷迁移阻抗,这有利于材料的电化学性能提高。     

K2Ti4O9制备TiO2-B纤维快速嵌锂负极材料

以四钛酸钾(K₂Ti₄O₉)经离子交换得到的四钛酸(H₂Ti₄O₉·xH₂O)为前驱体,经过不同温度热处理得到不同结晶度的氧化钛纤维。对样品进行XRD、Raman、FE-SEM及TEM等结构形貌表征,发现600℃烧结可得到纯相、高结晶度的TiO₂-B材料。并考察了其作为锂离子电池负极材料的容量、倍率和稳定性。嵌锂性能测试发现,TiO₂-B相材料的首放容量可以达到225 mA·h·g^-1,比相近结构的锐钛矿(anatase)相材料高50 mA·h·g^-1,即22.5%的容量。与相似结构anatase材料的倍率结果对比发现,TiO₂-B纤维倍率性能更高,主要是TiO₂-B纤维的开放结构使其锂离子扩散系数达到1.92×10^-7 cm²·s^-1,是anatase相材料的8倍。1 C稳定性测试发现循环80次后容量仍然高于anatase,且最终容量稳定在159 mA·h·g^-1,比anatase材料的64 mA·h·g^-1高1.5倍。     

核壳结构米粒状FeS2/C纳米材料制备及储锂性能研究

通过阴离子置换反应制备出具有核壳结构的米粒状FeS₂/C纳米材料。所制备材料具有较高的离子和电子电导,优异的电解液浸润特性,以及缓冲材料体积变化的能力。在作为锂离子电池负极材料时,FeS₂/C电极具有较高的可逆比容量以及优秀的倍率性能,100 mA·g^-1电流密度下可逆比容量高达1100 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下,依然有866 mA·h·g^-1可逆比容量。研究结果为其他核壳材料的制备提供了新的思路和方法。     

面向快充锂离子电池的氮掺杂多孔硬碳负极

石墨基锂离子电池负极有限的理论容量和较慢的充电速度已不能满足需求,开发更高容量且兼具快充能力的锂离子电池负极材料成为研究重点。利用蔗糖与浓硫酸脱水反应得到初始硬碳(R-HC),并在NH₃/Ar气氛中退火,得到了氮掺杂的多孔硬碳(N-HC)。N-HC具有丰富的超微孔结构(孔径<0.75 nm)和较大的层间距(约为0.39 nm),使得锂离子在N-HC中的扩散系数能够达到9.0×10^-8 cm²·s^-1。在0.27 C和2.7 C (1 C=370 m A·g^-1)条件下,N-HC负极经过680和1 400次循环后容量分别为704.0 m A·h·g^-1和269.2 mA·h·g^-1。尽管其首次Coulomb效率还有待提高,N-HC负极已初步达到锂离子电池的快充性能要求。     

具有优异锂存储性能的蛋黄蛋壳结构FeS2@CFs薄膜电极

利用简单的静电纺丝结合刻蚀和硫化策略获得了FeS₂@碳纤维（FeS₂@CFs）薄膜电极,每个独特的蛋黄蛋壳结构单元与全方位三维碳纤维导电网络之间的协同效应赋予了电极材料优异的锂存储性能。作为锂离子电池负极材料时,在5 A·g^-1的大电流密度下容量仍能保持在415.4 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1的电流密度下经过循环400圈的循环之后可逆容量约为977.9 mAh·g^-1。更重要的是,前驱体材料具有很广泛的扩展性,这可为柔性薄膜电极材料的制备提供一种设计思路。     

以磷铁为原料水热法制备电池级磷酸铁的研究

以黄磷所得副产品磷铁为原料,通过湿法溶解、除杂、结晶等工艺制备电池级磷酸铁,然后利用制备出的磷酸铁制备磷酸铁锂。制备电池级磷酸铁的最佳工艺参数为：硝酸浓度为3.0 mol/L、最佳反应温度为110℃、最佳反应时间为120 min、反应体系铁质量浓度为18.0 g/L,此时样品中铁含量与铁磷比接近理论值。LiFePO₄/C样品首次充电容量、放电容量、放电的库伦效率分别为158.8 mAh/g、147.8 Ah/g、93.1%,说明磷酸铁锂电化学性能较好,能用于锂电池的正极材料。     

ZCS/ZS/PS/FePi-MnCoNiO的合成及其光催化全分解水性质研究

通过溶剂热方法制备了Zn_0.4Cd_0.6S/ZnS(en)_0.5异质结材料(ZCS/ZS)。在氩气氛围下,150℃煅烧材料2 h后,进一步利用两步光化学方法在异质结材料表面合成了磷盐保护层(PS)及磷酸铁(FePi)和氧化锰钴镍(MnCoNiO)催化剂材料。利用XRD、SEM、EDX-Mapping等多种手段,对所制的ZCS/ZS/PS/FePi-MnCoNiO样品的晶体结构、形貌及元素组成等参数进行了详细表征。将催化剂进行光催化分解纯水测试,发现：ZCS/ZS/PS/FePi-MnCoNiO样品在可见光照射下,能以0.212 mmol·h^-1·g^-1的产氢速率、0.103 mmol·h^-1·g^-1的产氧速率光催化全分解水,产生的H₂∶O₂物质的量比接近理论比例2∶1。     

硫含量对磷酸铁锂电化学性能的影响

考察了硫质量分数分别为0.08%、0.15%、0.22%、0.34%、0.42%、0.68%时对磷酸铁锂的颗粒形貌、放电容量和循环性能的影响。结果表明:当硫质量分数达到一定程度时,对磷酸铁锂的颗粒形貌、放电容量和循环性能的影响逐渐明显,当硫质量分数低于0.22%时,磷酸铁锂颗粒形貌为球状,1 C首次放电容量达到152 m Ah/g,循环150次后,容量仍可维持在140 m Ah/g,电化学性能良好;当硫质量分数高于0.34%时,磷酸铁锂颗粒发生团聚,且1 C首次放电容量低于130 m Ah/g,循环150次后,容量低于107 m Ah/g。     

不同镍钴锰比对xLi2MnO3-(1-x)LiMO2正极材料的 结构和电化学性能的影响

以NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 mA·h·g^-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 mA·h·g^-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 mA·h·g^-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

片状LiFePO4/C正极材料制备及其电化学性能研究

在温和的反应条件下，使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)成功合成了片状二水磷酸铁，并将其与氢氧化锂、柠檬酸球磨混合，采用碳热还原法制备了具有纳米厚度的片状LiFePO₄/C电极材料。研究了SDBS对磷酸铁形貌以及LiFePO₄/C电极材料电化学性能的影响。利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和充放电测试等技术手段，对合成样品的物相、形貌和电化学性能进行了分析测试。电化学测试表明，在25℃，2.0～4.2 V电压范围条件下，使用片状二水磷酸铁为前驱体制备的LiFePO₄/C样品，在0.1 C下放电比容量高达166.4 mA·h·g^-1，且首次库仑效率达到99.6%，在1 C下循环500次容量保持率为99%，表现出了优异的电化学性能。     

球形磷酸铁锂材料的制备及其18650电池的测试

采用高能球磨和喷雾干燥法制备了球形磷酸铁锂材料LFP-1,并制作18650实装电池,测试电极片的压实密度,同时选择一种商业化磷酸铁锂材料LFP-2作为对比。测试结果显示,2种LFP材料均由平均粒径为300~500 nm的一次颗粒组成,比表面积为13~15 m²/g,碳质量分数为1.5%左右。通过CR2032纽扣型电池充放电测试表明,在0.2C时,LFP-1的比放电容量约为165 mA·h/g,与商业化磷酸铁锂材料LFP-2相近。制备18650电池的结果表明,商业化磷酸铁锂LFP-2材料制备的电极片的最高压实密度可以达到2.52 g/cm³,显著高于实验室制得的磷酸铁锂材料LFP-1的最高压实密度2.25 g/cm³,这可能与材料的颗粒粒度分布不同有关。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。