热处理温度对锂电池硅/炭负极材料的影响

以多巴胺为碳源,在纳米硅表面包覆炭层,制备了锂离子电池负极用硅/炭复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和锂离子电池性能测试等方法研究不同热处理温度对材料物相组成、结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,热处理温度越高,材料的结构越利于提高其电化学性能。1 100℃处理的硅/炭复合材料的颗粒呈近球形且炭层更均匀,循环性能也更优异,首次充放电效率高达77.24%,在100 m A·g~(-1)电流密度下充放电循环20次后放电比容量仍有715.4 m A·h·g~(-1)。     

结构有序的Si/void/C/graphene纳米复合结构的制备及储锂性能

采用简单的超声、冷冻干燥和热还原相结合的自组装方法,设计和构建了纳米硅核/间隙/无定形碳壳层/石墨烯(Si/void/C/graphene)三维有序纳米复合结构。在该结构中,纳米硅核与碳壳层之间的空隙有效避免了硅的巨大体积膨胀对碳层的破坏,大幅度提高了锂离子电池的循环稳定性;将Si/void/C纳米结构嵌入在石墨烯层与层之间,利用石墨烯卓越的导电性和柔韧性,进一步缓冲了硅材料的体积效应和提高了复合材料的导电性能。该复合材料在4200 m A·h·g~(-1)(1 C)电流密度下循环1000次后比容量仍高达1603 m A·h·g~(-1);在67 A·g~(-1)(16 C)的高倍率下,比容量仍有310 m A·h·g~(-1),显示出了在锂离子电池负极材料领域的巨大应用潜力。     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl_2·6H_2O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500m A·g~(-1)电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 m A·h·g~(-1),容量保持率达86.6%;在10 A·g~(-1)的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 m A·h·g~(-1)。     

多级结构SnO_2及其碳复合物的制备与电化学性能

针对SnO_2作为锂离子电池负极材料循环性能和导电性差的问题,采用水热法制备了SnO_2/C复合物。研究了多级结构SnO_2的制备工艺并以此为基础制备了SnO_2/C复合物,通过XRD、SEM、TEM等分析方法表征了材料的结构、组成和形貌;采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法表征SnO_2和SnO_2/C复合材料的电化学性能。实验结果表明,在200 mA·g~(-1)恒电流密度充放电时,SnO_2/C复合物电极充放电循环50次后比容量为346.1 mAh·g~(-1),远高于SnO_2电极;与此同时,无定形碳的引入使SnO_2/C复合物电极的倍率性能也显著提高。     

NiFe_2O_4-石墨烯纳米复合材料的制备及其电化学性能

通过溶剂热的方法合成了石墨烯-镍铁氧体纳米复合材料(NFR)。采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)以及透射电镜(TEM)等仪器对样品的形貌和结构进行了表征,并将其作为锂离子电池负极材料组装成模拟电池,考察其电化学性能。测试结果表明:NFR纳米复合材料在100m A·g~(-1)电流密度首圈放电比容量高达1223m Ah·g~(-1),首次可逆比容量为830m Ah·g~(-1),100圈充放电后,容量几乎无衰减,保持较好的循环稳定性。这种优异的性能归功于复合材料中镍铁氧体和石墨烯之间的协同作用。     

溶胶-凝胶法制备高性能锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_5,重点探索了溶液p H对材料物理和电化学性能的影响。其中pH=6.0时制备的材料具有最高的放电比容量、最好的倍率和循环性能。在3 C充放电电流下材料的最高放电比容量为104.2 m Ah·g~(-1),循环200次的放电比容量为95.1 mAh·g~(-1)。     

氧化锰薄膜的制备及其电化学性能

采用简单的水热法制备了锰氧化物薄膜前驱体,并结合后期热还原处理制备了基于镍基底的氧化锰薄膜材料,将其作为锂离子电池负极材料,研究其电化学性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征了样品的成分、形貌和结构。通过充放电测试和循环伏安等方法对材料的电化学性能做了测试。由于纳米结构的活性物质直接生长在导电性基底上,该氧化锰薄膜材料具有较高的放电比容量(0.2C放电比容量为684 m A·h/g),优越的倍率性能(5C和20C下放电比容量分别为450 m A·h/g和174 m A·h/g)和良好的循环性能,在0.5C下经过60次循环,其放电比容量仍保持在470 m A·h/g。实验结果表明,该方法合成的氧化锰纳米结构薄膜是一种很有前景的锂离子电池负极材料。     

豆腐为原料的多孔炭的制备及其储锂性能研究

以富含蛋白质的豆腐为原料,经冷冻干燥和炭化过程制备出多孔炭材料,利用SEM、FTIR、XPS、Raman以及XRD等分析手段研究了所得炭材料的物理化学性能。将其作为锂离子电池负极材料使用时,在50 mA·g~(-1)的电流密度下,首次恒流充电容量可达817.6 m A·h·g~(-1),循环10次可维持351.9 m A·h·g~(-1)的可逆比容量,当电流密度上升至2 A·g~(-1)时,仍可维持76.5 mA·h·g~(-1)的可逆比容量,表明多孔炭材料具有良好的电化学性能。     

改性钛酸锂的储锂和储钠性能

通过粉末X射线衍射、热重、差示扫描量热与扫描电子显微镜考察了6种改性钛酸锂材料的微观结构特征,并组装成扣式电池考察它们作为锂离子电池与钠离子电池负极材料时的电化学特征。结果表明:作为锂离子电池负极材料,无定形碳和碳纳米管包覆钛酸锂具有更高的可逆容量、优异的循环性能和良好的倍率性能;而作为钠离子电池负极材料,纳米化钛酸锂材料具有更好的储钠性能;一次粒子小于100 nm的钛酸锂材料,以0.1C充放电时可逆容量为155 m A·h/g,以0.2C放电、10C充电时,容量仍保持在118 m A·h/g。     

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。     

CNT@SnO_2@C纳米复合物的制备及其储锂性能

为改善锂离子电池负极循环性能,提高其安全性和稳定性,制备了氧化锡-碳锂离子电池负极材料。以有机聚合物碳纳米管(PNT)为前驱物骨架、沸石咪唑骨架材料-8(ZIF-8)为碳基修饰材料、纳米片状氧化锡为主体材料,合成出一种CNT@SnO_2@C纳米复合物,该材料的比表面积为125. 6 m~2/g。在作为锂离子电池负极材料应用时,2 A/g电流密度下循环600次,容量依然可以保持在878 mAh/g,具备优异的高比容量和持久的循环性能。     

锂离子电池用硅基复合材料的研究进展

锂离子电池硅负极材料具有很高的理论比容量(4200 m Ah/g),但其在充放电过程中巨大的体积变化导致循环性能很差,同时较低的电导率也限制了硅在锂离子电池中的应用前景。将硅与其它材料进行复合是改善硅基负极材料循环稳定性、提高其倍率性能的主要途径。文章综述了近年来硅基复合材料的研究进展,以期为硅基复合材料的研究提供参考。     

PAN/GO包覆改性C/MnO_2合成锂离子电池负极材料及性能研究

本文以碳基二氧化锰(C/MnO_2)为前驱体,用聚丙烯腈(PAN)/氧化石墨烯(GO)包覆改性前驱体合成锂离子电池负极材料。通过XRD、XPS、SEM对材料进行结构形貌表征。结果显示,复合材料为氮、碳基锰氧化物,随包覆物PAN和GO含量减少,复合材料由颗粒嵌入平整膜转变为褶皱纱状覆盖颗粒物;在PAN/GO与C/MnO_2包覆比例为3:3时,碳化改性制备的复合材料电极有最优充放电性能,在200 A g~(-1)电流密度条件下,经过100次循环后放电比容量为447 m Ahg~(-1)。     

基于分级共沉淀法制备锂离子电池LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料

通过分级共沉淀(分级进料)方法,结合高温热处理合成了金属元素(Ni,Mn)浓度从中心到表面呈梯度分布(中心富Ni,表面富Mn)的球形三元正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)等表征了所制备材料的成分、形貌和元素分布。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,与传统的一级共沉淀方法相比,分级共沉淀所制备材料展现出更高的倍率性能(20 C放电比容量为104.1 m Ah·g~(-1))、循环保持率(0.5 C循环200次容量保持率为95.8%)和快速充放电性能(20 C/20 C放电比容量为85.4 m Ah·g~(-1))。这种分级进料制备技术可以有效提高共沉淀法制备锂离子电池三元正极材料的电化学性能。     

三维有序大孔C/α-Fe_2O_3复合锂离子电池负极材料的制备及性能研究

采用胶晶模板结合浸渍烧结法制备了可用于锂离子电池负极的三维有序大孔(3DOM)C/α-Fe_2O_3复合材料。采用X射线衍射仪和扫描电镜对其进行了物相表征和形貌分析,采用电池测试系统和电化学工作站进行了电化学性能测试。结果表明:该材料具有三维互通的网络结构,α-Fe_2O_3纳米颗粒均匀负载在3DOM C骨架上。以其制备的负极表现出优异的电化学性能,当电流密度为0.5C时,经历300个充放电循环后的可逆比容量仍达到489.35 m A·h/g。这主要得益于集流体独特的3DOM结构,不仅提供充足的空间来容纳在循环中产生的体积变化和释放应力,而且大大缩短了电子和锂离子的传输路径。     

基于金属有机骨架氧化物模板法的空心NiO的制备及其储钠电化学性能

本工作以镍离子交换的金属有机骨架氧化物Co-ZIF-67为模板制备得到空心NiO材料,并通过SEM、XRD、BET、FTIR、XPS、恒流充放电测试、循环伏安曲线等表征手段对空心NiO的结构、形貌、表面特性和电化学性能进行分析。SEM和BET测试表明制备的NiO为表面具有纳米中孔的亚微米级的空心材料。XPS结果显示空心氧化镍表面Ni为+2价和+3价的混合价态,作为钠离子电池负极时,电流密度50 m A·g~(-1)条件下初始比容量能达到1133.6 m Ah·g~(-1),充电比容量达到549.7 m Ah·g~(-1),首次循环库仑效率为48.5%;50次循环后,放电比容量仍能达到330.1 m Ah·g~(-1),表现出优异的可逆储钠性能。     

锂离子电池负极用碳/硅复合材料的研究进展

硅(Si)因具有资源丰富、理论容量高、绿色环保等优点成为世界上最具有前景的锂离子电池负极材料之一。但硅的导电性能差,且在合金化/去合金化过程中会发生剧烈的体积膨胀导致电池循环稳定性严重下降。碳材料(C)导电性能优异且结构稳定。将C和Si进行复合,可得到容量高且循环性能好的锂离子电池负极材料。本综述从材料的制备方法着手,总结了锂离子电池C/Si复合负极材料的最新研究进展,探讨了制备方法、材料结构对C/Si复合负极材料储锂性能的影响。     

核壳结构α-Fe_2O_3锂离子电池阳极材料制备及应用

以甘氨酸作为结构导向剂,通过一步合成溶剂热法制备了新型的胶体核壳结构α-Fe_2O_3。胶体核壳α-Fe_2O_3的结构单元(壳和核)是纳米盘状的α-Fe_2O_3,而纳米盘由α-Fe_2O_3纳米粒子组成。以制备的核壳结构材料作为锂离子电池阳极材料的活性物质,组装成锂离子电池进行测试,电池在180圈循环时仍具有1437.2 m A·h·g~(-1)的放电比容量和1425.7 m A·h·g~(-1)的充电比容量,表明核壳α-Fe_2O_3胶体呈现出高的锂存储容量和倍率性能。独特的核壳状胶体结构,较大的活性物质与电解液接触面积和快速的锂离子扩散能力可能是该材料具有优异性能的关键因素。     

LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的制备及电化学性能研究

以5 V高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4为正极材料,高安全性Li_4Ti_5O_(12)为负极材料制备了LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响。其中正极容量过量40%的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 m Ah·g~(-1),循环200次的容量保持率为88%;在2 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 m Ah·g~(-1),循环740次的容量保持率为91.1%。P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关。     

炭气凝胶的添加改善铅酸电池负极的性能

炭气凝胶是一种具有高比表面积和高导电性的多孔炭材料,本研究采用炭气凝胶作为负极添加剂来改善铅酸电池性能。实验添加的炭气凝胶的质量占铅粉质量的3%。在循环伏安测试中,加入炭气凝胶的铅酸电池负极的氧化和还原反应峰值电流增大。在恒电流放电测试中,根据理论值设定的放电倍率为1C时,加入炭气凝胶后的放电容量达到了190mAh·g~(-1),比不添加时提高了50%。1C充电时,加入炭气凝胶后的充电容量达到了230mAh·g~(-1),比不添加时提高了21%。在3C倍率下添加炭气凝胶的电池的放电和充电容量也都高于不添加的电池。结果证明炭气凝胶改善了铅酸电池负极充放电性能,提高了电池的库伦效率。