混合氨-碱沉淀剂制备Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料及其电化学性能

利用简单易行的化学沉淀-回流法制备了Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,研究了不同混合氨-碱沉淀剂对复合材料电化学性能的影响。采用XRD、拉曼光谱(Raman)和SEM表征Ni(OH)_2/RGO复合材料的微观结构和形貌。当以NH_3·H_2O-NaOH作为沉淀剂时,Ni(OH)_2/RGO复合材料中β-Ni(OH)_2纳米片均匀分散在石墨烯片层之间,形成相互插层结构。利用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明:放电倍率为0.2C时,Ni(OH)_2/RGO复合电极材料的放电比容量达到344.8mAh/g,比β-Ni(OH)2的放电比容量高出约29%;5C时放电比容量为274.5mAh/g,经过50个循环,容量保持率为98.8%,呈现出良好的倍率性能和循环性能。     

钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯负极材料的制备及储钠性能

由于钠离子半径比锂离子半径大70%,使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难,需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯;在此基础上以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2前驱体/氧化石墨烯(TiO_2/GO)复合材料,通过热处理获得锐钛矿型TiO_2/还原氧化石墨烯(TiO_2/RGO)复合材料。电化学测试结果表明:TiO_2含量为15wt%的TiO_2/RGO复合材料在电流密度为20mA·g~(-1)下的首次放电比容量为74.08mAh·g~(-1),随着循环次数的增加,放电比容量逐渐增大,循环50次后达109.10mAh·g~(-1);充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势,循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43mAh·g~(-1),循环50次后仅为20.47mAh·g~(-1)。     

富锂锰基Li_(1.2)[Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2锂离子正极材料的磷改性研究

为提高高比容量的层状富锂锰基Li_(1.2)[Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2材料的电化学性能,对材料添加了不同含量的NH_4H_2PO_4,并对其进行相关研究。主要是对原样和改性后的材料进行X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)等物理化学性能测试,以及电化学阻抗谱(EIS)、首次充放电性能和倍率性能等电化学性能测试。结果表明:添加0.3%(质量分数,下同)磷元素材料(LMNCOP-03)的综合性能最优,首次放电比容量为280 mAh·g~(-1),1 C容量为212.2 mAh·g~(-1),3 C容量为170.6 mAh·g~(-1)。同时EIS测试表明引入0.3%磷的材料具有较低的表面阻抗R_(sf)和电荷传递电阻R_(ct)。     

掺杂对LiFePO_4电化学性能的影响

用水热法制备LiFe_(0.95)M_(0.05)PO_4(M=Mg,Ni,Co),研究了掺杂对材料电化学性能的影响.结果表明,液相Fe位掺杂合成的LiFe_(0.95)M_(0.05)PO_4具有纯相橄榄石结构、结晶良好、粒径均匀;Fe位掺杂可增强材料的可逆性和导电性,提高其1C倍率下的电化学容量和循环稳定性;LiFe_(0.95)Mg_(0.05)PO_4,LiFe_(0.95)Ni_(0.05)PO_4和LiFe_(0.95)Co_(0.05)PO_4三种材料的1C倍率首次放电比容量分别为133.1 mAh·g~(-1),128.4 mAh·g~(-1)和135.2 mAh·g~(-1);三种掺杂离子中Co~(2+)掺杂的效果最好,0.1C和1C倍率放电循环30次后的容量衰减率仅为5.7%和9.5%.     

水热-溶胶-凝胶法制备钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3/C及其性能研究

分别采用溶胶凝胶法和水热-溶胶-凝胶法合成了钠离子电池正极材料Na_3V_2(PO_4)_3/C。用XRD、SEM、恒流充放电等对样品进行了表征。研究表明,两种方法合成的Na_3V_2(PO_4)_3/C样品均为纯相,呈多孔状结构,采用水热-溶胶-凝胶法制备出的Na_3V_2(PO_4)_3/C样品颗粒尺寸更小,更有利于钠离子脱嵌,有利于提高材料的电化学性能。溶胶-凝胶法制备的样品在0.1和2C倍率下首次放电比容量为98.3和31.3mAh/g,水热-溶胶-凝胶法制备的样品在0.1和2C倍率下首次放电比容量高达111.9和94.1mAh/g,电化学性能得到明显改善。     

大倍率二氧化硅/碳复合材料的制备及电化学性能表征

为了满足新能源储能及电动汽车对锂离子电池持续快速充电、慢速放电性能的要求,以正硅酸乙酯为二氧化硅前驱体,在两亲性炭材料(ACM)与聚乙二醇400(PEG400)形成的氢键限域体系中制备了大倍率二氧化硅/碳复合锂电负极材料(SiO_2-130/C)。材料表征结果表明,二氧化硅的粒径由500nm(未限域)降低到130nm(限域),同时,富碳的ACM在二氧化硅纳米颗粒表面构建了导电性良好的碳框架。在0.1A·g~(-1)和1A·g~(-1)的电流密度下,SiO_2-130/C的可逆比容量分别为527mAh·g~(-1)和347mAh·g~(-1),且在1A·g~(-1)的电流密度下连续400个充放电循环后,仍具有483 mAh·g~(-1)的可逆比容量,表现出优异的倍率性能及稳定的电化学性能。     

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的表面包覆改性研究

LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有容量高、价格低等优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一.但LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料本身存在充放电过程中容量衰减较快、倍率性能差和储存性能差等缺陷,影响了其进一步发展.本文以LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2为研究对象,采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体,在前驱体的表面包覆一层Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2,制备成具有核壳结构的正极材料.通过XRD、SEM、EDX、电化学测试等分析手段,系统地研究了其结构、形貌以及电化学性能.分析表明:包覆改性后,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料在0.1、0.2、0.5、1 C倍率下,材料的首次充放电比容量分别为167.6,160.1,150.4,138.5 mAh·g~(-1).由0.1到1C,包覆改性前后的正极材料的放电比容量衰减量由34.7 mAh·g~(-1)降为29.1 mAh·g~(-1),容量衰减百分比由22.1%降低到17.4%.综合性能分析认为,包覆改性后电化学性能有一定的改善.     

腐殖酸基石墨化材料的制备及其电化学性能

以腐殖酸为前驱体,通过高温热处理制备锂离子电池负极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试系统对该材料的形貌、微晶结构和电化学性能进行表征。结果表明,腐殖酸基石墨化材料呈现出较为规整的石墨片层结构,且随着石墨化温度的升高,所得材料的石墨化度也越来越高。腐殖酸基石墨化材料均表现出良好的电化学性能,石墨化温度为2 800℃所制备的石墨化材料的首次放电比容量为356.7 mAh/g,充电比容量为277.6 mAh/g,首次充放电的库仑效率为77.81%,在1C和2C倍率下50次充放电循环后的容量保持率分别高达99.4%、95.9%,是一种理想的锂离子电池负极材料。     

壳聚糖衍生碳包覆纳米硅复合材料锂离子电池性能研究

硅负极材料因具有较高的理论容量(Li₂₂Si₅合金相对应4 200 mAh/g)、较低的工作电压(0.2～0.3 V vs Li/Li⁺)和地球上丰富的原材料储备,成为代替石墨负极的理想材料之一。但是,低电导率及在循环过程中发生剧烈体积膨胀导致电极失效问题限制了硅负极材料的进一步发展。因此,本工作通过物理法利用壳聚糖和石墨对纳米硅实现碳包覆和复合,制备壳聚糖/石墨@纳米硅复合材料(C/G@Si复合材料),对C/G@Si复合材料的结构、形貌和电化学性能进行研究。结果表明：随着石墨添加量的提高,C/G@Si复合材料的可逆比容量略微下降,循环性能和导电性能显著提高。当添加50%(质量分数)石墨时,在100 mA/g的电流密度下,C/G@Si复合材料的首次放电比容量为1 136.1 mAh/g,循环充放电100次后剩余容量保持在658.5 mAh/g,展示出优异的电化学性能,对进一步推广硅碳负极材料具有一定的参考价值。     

碳纳米管包覆量对天然石墨负极材料的电化学性能的影响

用溶胶-凝胶法将碳纳米管(CNT)包覆到天然石墨的表面,提高其充放电比容量和循环寿命性能,并研究了不同含量的碳纳米管对天然石墨电化学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等对CNT/天然石墨复合材料进行表征。结果表明,碳纳米管能在电极中构建空间三维导电网络,同时保留了天然石墨的晶体结构。随碳纳米管含量增加,复合材料的充放电比容量和循环稳定等电化学性能先升高后降低。碳纳米管包覆的质量分数为7%时,复合材料的综合性能最佳。在0.1C,CNT/天然石墨负极材料放电比容量为427mAh/g,比纯天然石墨(356mAh/g)提高了20%,循环100次后容量保持率仍有93.6%。     

高倍率性能磷酸亚铁锂/碳正极材料的制备与表征

以水溶性酚醛树脂为碳源, Li₂CO₃为锂源, 纳米FePO₄前躯体为铁源和磷源, 以水为介质, 采用湿法研磨混合均匀, 然后通过高温固相法制备出纳米磷酸亚铁锂/碳(LiFePO₄/C)复合材料。采用XRD、SEM、TEM、TG和拉曼光谱对该复合材料进行了表征, 并研究了其电化学性能。结果表明, 制备的LiFePO₄/C纳米颗粒为类球形, 表面均匀地包覆了一层约5 nm厚的碳层, 作为锂离子电池正极材料表现出良好的倍率性能和循环性能, 在0.2 C(1 C=170 mAh·g^-1)、0.5 C、1 C、2 C、5 C、10 C下首次放电容量分别为151、150、146、142、132、119 mAh·g^-1, 20 C下的首次放电容量也达105 mAh·g^-1, 且循环50次几乎无衰减。     

碳源对液相法制备Li3V2（PO4）3/C的影响

以4种不同种类的有机物(柠檬酸、水杨酸、聚丙烯酸、蔗糖)为碳源,通过液相反应合成Li3V2(PO4)3/C复合材料。研究了不同碳源对复合材料的晶型结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,碳源对Li3V2(PO4)3/C材料的晶型结构没有影响,但对电化学性能影响较明显,其中采用柠檬酸为碳源制得的Li3V2(PO4)3/C复合材料电化学性能最好。进一步研究了柠檬酸的加入量对复合材料的电化学性能的影响,发现当柠檬酸加入量为钒与碳的物质的量比为1∶4时,样品的平均粒径较小,电化学性能最好,0.1C首次放电比容量为123.59mAhg-1,0.5C首次放电比容量也高达117.27mAhg-1,循环10次后,仍保持在117.19mAhg-1,容量几乎没有衰减,10C时比容量仍有105.43mAhg-1。     

Synthesis and Electrochemical Properties of Carbon-Mixed LiEr_(0.02)Fe_(0.98)PO_4 Cathode Material for Lithium-ion Batteries

LiEr0.02Fe0.98PO4/C composite cathode was synthesized by a simple solution method with polyethylene glycol (PEG) as the reductive agent and carbon source. The effect of erbium doping on the electrochemical behavior of LiFePO4 was studied in this paper. The samples were characterized by X-ray powder diffraction and scanning electron microscopy and the electrochemical properties were investigated by the charge-discharge test. An initial discharge capacity of 149 mAh·g-1 was achieved for the LiEr0.02Fe0.98PO4/C composite cathode with a rate of 0.1 C. The electronic conductivity of Er doped LiFePO4/C was measured as 10-2 S·cm-1. The results indicated that erbium doping did not destroy the lattice structure of LiFePO4 and enlarge the lattice volume. These changes are beneficial to the improvement of the electrochemical performance of the LiFePO4 cathode.     

Ni (OH)2-碳纳米管-还原氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能

利用简单易行的一步水热法制备了Ni（OH）₂-碳纳米管-还原氧化石墨烯（Ni（OH）₂-CNTs-RGO）三元复合材料,研究了不同水热反应温度对三元复合材料性能的影响。采用XRD、FTIR、Raman、X射线光电子能谱（XPS）、SEM及TEM对Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料的结构和表面微观形貌进行表征。利用循环伏安（CV）、电化学交流阻抗（EIS）和恒电流充放电测试了复合电极材料的电化学性能。研究结果表明,当反应温度为120℃时,所制备的Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料具有大的比表面积和三维网状结构,复合材料中六角形的β-Ni（OH）₂纳米片和CNTs均匀分散在RGO片层表面,有效阻止了RGO的团聚。Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合电极材料在充电倍率为0.2 C时,放电比容量达到362.8 mAh/g,5 C时放电比容量为286.2 mAh/g,仍大于Ni（OH）₂在0.2 C时的放电比容量,表明CNTs与RGO的协同作用有效提高了电极材料的导电性和活性物质的利用率,最终提升了Ni（OH）₂-CNTs-RGO复合材料的倍率性能。     

Porous yolk-shell structured Na3(VO)2(PO4)2F microspheres with enhanced Na-ion storage properties

Na3(VO)2(PO4)2F(NVPOF)has been considered as one potential candidate for sodium-ion batteries because of its high operating voltage and theoretical capacity.However,the poor intrinsic electronic conductivity significantly restricts its widespread application.In response to this drawback,we adopt the optimization strategy of tuning the morphology and structure to boost the electrical conductiv-ity and mitigate the capacity fading.In this paper,NVPOF microspheres with unique porous yolk-shell structure were fabricated via a facile one-step solvothermal method for the first time.By monitoring the morphological evolution with time-dependent experiments,the self-sacrifice and Ostwald ripening mechanism from rough spheres to yolk-shell structure was revealed.Benefited from the favorable inter-woven nanosheets shell,inner cavity and porous core structure,the resulting NVPOF electrode exhibits superior rate capability of 63 mA h g-1 at 20 C as well as outstanding long-cycling performance with the capacity retention up to 92.1％over 1000 cycles at 5 C.     

还原剂对Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响

为研究还原剂对Ni(OH)_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料结构及电化学性能的影响,首先以氧化石墨烯(GO)和硝酸镍作前驱体,采用水热法制备了Ni(OH)_2/RGO复合材料;然后,利用XRD、SEM和Raman光谱仪表征了复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安法、恒流充放电曲线和电化学阻抗谱研究了复合材料的电化学性能。结果表明:以(NH2)2CSO2作还原剂时,制备的β-Ni(OH)_2/RGO复合材料为RGO纳米片与Ni(OH)_2纳米片相互插层的结构;在电解液(6mol/L KOH溶液)中,0.2C放电倍率时β-Ni(OH)_2/RGO复合材料的比容量高达341.0mAh/g,10.0C放电倍率为时复合材料的比容量为242.2mAh/g,仍能保持β-Ni(OH)_2理论比容量的83.8%。所得结论表明制备的Ni(OH)_2/RGO复合材料显现出良好的电化学性能。     

Interface-modulated fabrication of hierarchical yolk–shell Co<Subscript>3</Subscript>O<Subscript>4</Subscript>/C dodecahedrons as stable anodes for lithium and sodium storage

Transition-metal oxides (TMOs) have gradually attracted attention from researchers as anode materials for lithium-ion batteries (LIBs) and sodium-ion batteries (SIBs) because of their high theoretical capacity.However,their poor cycling stability and inferior rate capability resulting from the large volume variation during the lithiation/sodiation process and their low intrinsic electronic conductivity limit their applications.To solve the problems of TMOs,carbon-based metal-oxide composites with complex structures derived from metal-organic frameworks (MOFs) have emerged as promising electrode materials for LIBs and SIBs.In this study,we adopted a facile interface-modulated method to synthesize yolk-shell carbon-based Co3O4 dodecahedrons derived from ZIF-67 zeolitic imidazolate frameworks.This strategy is based on the interface separation between the ZIF-67 core and the carbon-based shell during the pyrolysis process.The unique yolk-shell structure effectively accommodates the volume expansion during lithiation or sodiation,and the carbon matrix improves the electrical conductivity of the electrode.As an anode for LIBs,the yolk-shell Co3O4/C dodecahedrons exhibit a high specific capacity and excellent cycling stability (1,100 mAh·g-1 after 120 cycles at 200 mA·g-1).As an anode for SIBs,the composites exhibit an outstanding rate capability (307 mAh·g-1 at 1,000 mA·g-1 and 269 mAh·g-1 at 2,000 mA·g-1).Detailed electrochemical kinetic analysis indicates that the energy storage for Li+ and Na+ in yolk-shell Co3O4/C dodecahedrons shows a dominant capacitive behavior.This work introduces an effective approach for fabricating carbonbased metal-oxide composites by using MOFs as ideal precursors and as electrode materials to enhance the electrochemical performance of LIBs and SIBs.     

热处理对炭/炭-铜复合材料载流磨损行为的影响

为探明炭/炭(C/C)多孔体热处理对炭/炭-铜(C/C-Cu)复合材料载流磨损行为的影响,采用化学气相渗透法(CVI)增密的C/C多孔体,再通过压力熔渗法制备C/C-Cu复合材料.采用载流动态磨损试验机测试C/C-Cu复合材料载流磨损行为,利用数字式三维视频显微镜和扫描电子显微镜观察复合材料磨损前后的表面形貌,研究了C/C多孔体经过2 000℃热处理对C/C-Cu复合材料载流磨损行为的影响.结果表明:C/C-Cu复合材料的质量磨损率和线磨损率比C/C多孔体未经热处理的复合材料分别降低了34.42%和17.84%;C/C多孔体经过2 000℃热处理,石墨化度提高,片层劈裂阻力减小,在载荷的作用下石墨片层易于劈裂形成细小的石墨微晶碎片,迅速填充修复表面缺陷,形成具有一定润滑作用、平整的摩擦膜,有效抑制了局部非均匀磨损的扩大,减弱了磨粒磨损和电弧放电引起的烧蚀、粘着、氧化磨损之间的循环交替磨损,载流磨损性能提高.     

不同纤维体积分数CVI 炭/ 炭复合材料的石墨化度

为确定不同纤维体积分数的化学气相浸渗(CVI) C/ C 复合材料的最佳热处理工艺, 以40 %、30 %、25 %三种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体, 经三次CVI 后制得C/ C 复合材料, 采用X射线衍射和拉曼光谱微区分析测试了三种不同纤维体积分数的CVI C/ C 复合材料试样未经热处理及经2200 ℃、2400 ℃热处理下宏观和微区石墨化度。结果表明: 三次CVI 热解炭均为光滑层结构, 且纤维体积分数越高, C/ C 复合材料的石墨化度也越高;纤维与光滑层热解炭界面及两种不同热解炭界面在高温热处理时会发生应力石墨化, 应力石墨化程度前者大于后者, 这是纤维体积分数高的C/ C 复合材料石墨化度高的原因; 热处理温度越高, 应力石墨化程度越大。      

超级电容器用CeO_2-MnO/3D石墨烯复合材料的制备

以西瓜瓜瓤为碳源,采用两步碳化法制备三维石墨烯(3D-Fiberbased Graphene,3D G)材料,并使用水热法制备了CeO_2-MnO/3DG复合材料,以期获得比电容高,循环寿命好的石墨烯超级电容器电极材料。结果表明:3DG材料具有较高比表面积,最高可达到332m~2·g~(-1)。CeO_2-MnO/3DG复合材料具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,电流密度1A·g~(-1),当摩尔比MnO∶CeO_2=4∶1,复合负载量在80%时得到的CeO_2-MnO/3D G复合材料拥有最高比电容,达308.5F·g~(-1),经过1 000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CeO_2-MnO/3DG复合材料电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。