氧化还原石墨烯支撑的硫化锰负极材料

利用氧化还原石墨烯(rGO)优异的物化性质,通过溶剂热法制备了氧化还原石墨烯支撑的硫化锰(MnS/rGO)高性能锂离子电池负极材料。采用XRD和SEM对材料的物相组成和微观形貌进行了分析,并对其电化学性能开展了相关研究。结果发现,在1.0 A/g电流密度下,循环200次后MnS/rGO电极放电比容量为614.1 mAh/g。在10.0 A/g高倍率电流密度下,MnS/rGO电极平均放电比容量为142 mAh/g。由于rGO优异的导电性和机械韧性,复合了rGO的MnS材料增强了表面Mn~(2+)到Mn~(3+)的氧化反应动力学,加速了锂化/去锂化反应和电荷转移能力,缓解了循环过程中材料体积变化,提高了材料结构稳定性,显示出优异的电化学性能。     

纳米磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备

以Fe(NO_3)_3·9H_2O、LiNO_3、NH_4H_2PO_4和石墨烯为原料,用溶胶-凝胶法制备磷酸铁锂(LiFePO_4)材料和LiFePO_4/石墨烯复合材料。用XRD、拉曼光谱、SEM、透射电镜(TEM)及充放电测试,研究样品的晶体结构、形貌和电化学性能。样品具有典型的橄榄石结构,复合的石墨烯能减小LiFePO4的颗粒尺寸,石墨烯与LiFePO_4能很好地融合在一起。LiFePO_4/石墨烯复合材料的电化学性能较好:在2.0~3.8V循环,0.2C和1.0C首次放电比容量分别为164mAh/g和153mAh/g,较LiFePO_4提高了7mAh/g。1.0C第100次循环的放电比容量为152mAh/g,容量保持率为99%。     

LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2表面混合修饰的改性研究

用Li2MnO3和还原氧化石墨烯(rGO)对Li Mn1/3Ni1/3Co1/3O2进行表面修饰。Li2MnO3和rGO修饰可改善样品的电化学性能,其中3%Li2MnO3+3%rGO混合修饰样品以1.0 C在2.5~4.4 V充放电,首次放电比容量为159.2 m Ah/g,循环40次的容量保持率为95.0%。     

复合导电剂对锂离子电池性能的影响

将石墨烯(rGO)、导电石墨(SP)和碳纳米管(CNT)复合，制得rGO/SP、CNT/rGO和CNT/SP复合导电剂，用来改善锂离子电池正极的导电性能。采用XRD、SEM、电化学阻抗谱及恒流放电等测试，分析导电剂的形貌及电池的性能。导电剂种类对于电池电化学性能的影响较大。添加CNT/rGO制备的正极粉末电导率最高，可达到2.305 S/cm，与混合正极材料[m(LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.15)O_2)∶m(LiMn_2O_4)=7∶3]相比，提高了27倍。采用CNT/rGO复合导电剂制备的18650型混合正极材料锂离子电池，单体电池内阻最小(13.5 mΩ)、化成容量最高(1 856.1 m Ah)。在4.2～2.5 V充放电，以10.00 C高倍率放电时，平台电压最高(3.2 V)、放电容量最高(1 764.5 m Ah);以1.00 C倍率循环600次，rGO/SP、CNT/SP和CNT/rGO复合导电剂制备的电池容量保持率分别为93.70%、94.36%和95.13%。     

水热法制备蜂窝状ZnCo_2O_4/rGO

以石墨烯为基底,用水热法制备蜂窝状钴酸锌(ZnCo_2O_4)/还原氧化石墨烯(rGO)微球复合材料。用XRD、SEM分析复合材料的结构和形貌,用恒流充放电及循环伏安法测试复合材料的电化学性能。石墨烯的加入,可改变ZnCo_2O_4颗粒的形貌,并改善复合材料作为锂离子电池负极活性物质的电化学性能。以500 m A/g的电流在0.01~3.00 V循环,复合材料的首次放电比容量为1 326.7 m Ah/g,第70次循环的放电比容量为1 212.4 m Ah/g。     

两步法制备多孔石墨烯的电化学性能

通过两步法,以氧化石墨烯(GO)为前驱体,先采用抗坏血酸(VC)、KMn O4和Na2CO3为还原剂,水热反应还原氧化石墨烯,再分别利用化学刻蚀法和硝酸超声波法,制备多孔石墨烯。通过XRD、SEM、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)和热重(TG)等测试分析材料的表面微观结构和还原程度;采用循环伏安(CV)、恒流充放电及电化学阻抗谱(EIS)测试材料的电化学性能。以VC为还原剂,制得还原程度较好且孔结构明显的石墨烯,用硝酸超声波处理后的石墨烯孔径小而且均匀,以1 A/g的电流在0~0.56 V循环,电极材料的比电容为87.50 F/g。     

不同方法制备石墨类复合材料及其电化学性能

以氧化石墨烯(GO)、石墨相氮化碳(g-C_3N_4)为前驱体,分别采用水热法、微波法、煅烧法制备石墨烯(RGO)/g-C_3N_4复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)和热重(TG)等测试手段表征材料的表面微观结构和还原程度,采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)及电化学交流阻抗(EIS)测试复合材料的电化学性能。结果表明:以煅烧法制备的复合材料,结晶度较高,孔结构分布均匀,复合材料循环稳定性较好,当电流密度为0.2 A/g时,电极材料的比电容为724.53 F/g,显现出良好的电化学性能。     

锌-空气电池阴极纳米Co3O4@rGO催化剂研究

采用水热法在阴极集流体泡沫镍上负载Co3O4@rGO电催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能量散射光谱(EDS)进行表征。结果表明,在负载还原石墨烯(rGO)的泡沫镍集流体上主要生长了较均匀的Co3O4纳米线阵列和少量Co3O4纳米花和Co3O4纳米片,该Co3O4@rGO纳米复合材料表现出优异的氧还原和氧析出反应(ORR/OER)双功能催化活性。在室温空气环境下,电池连续稳定循环运行232 h,总计600次循环,大多数循环的库仑效率在82%~85%之间,放电电压平台在1.65 V左右,具有良好的放电倍率性能。     

石墨烯包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料的性能

以共沉淀法制备LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2为基体,通过机械球磨制备石墨烯包覆的LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料。用SEM、XRD和电化学性能测试研究材料的形貌、晶体结构和电化学性能。制备的石墨烯包覆LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2正极材料具有较好的倍率特性和循环性能:200℃热处理的1.0%石墨烯包覆样品,在3.0~4.3 V充放电,4.0 C放电比容量达到144.3 mAh/g,比基体材料提高16.1%;以1.0 C循环100次的放电比容量达到151.2 mAh/g,循环性能良好。     

氧化石墨烯/聚苯胺复合物用于钒液流电池电极材料的研究

本文提出了采用氧化石墨烯/聚苯胺复合物用于钒液流电池正极VO_2~+/VO_2~+和负极V+2/V+3电对的催化氧化还原研究。以天然石墨为前驱体,采用Hummer氧化法制备氧化石墨烯片层材料,进一步采用电化学沉积法制备氧化石墨烯/聚苯胺复合物,形成既具有丰富含氧官能团又具备良好导电性的结构特征,循环伏安测试结果表明,在10mV·s~(-1)的扫描速率下,氧化石墨烯对正极VO_2~+/VO_2~+和负极V_2~+/V_3~+电对氧化和还原峰电势差ΔE分别为0.243V和0.27V,而氧化石墨烯/聚苯胺复合物对正负极电对的氧化和还原峰电势差ΔE降低为0.142V和0.149V,大大降低了正负极电对的氧化还原反应的极化行为和反应阻抗,提高了反应的可逆性。     

混合铁源合成锂离子电池正极材料LiFePO_4/C

以Fe2O3和Fe C2O4·2 H2O(摩尔比1∶1)为混合铁源,柠檬酸为碳源,通过高温固相法合成了锂离子电池正极材料Li Fe PO4/C。采用X射线衍射光谱法(XRD)、恒电流充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)对材料的物相结构和电化学性能进行了表征。通过与单一铁源(Fe2O3和Fe C2O4·2 H2O)合成Li Fe PO4/C进行比较,表明混合铁源合成的材料具有较好的电化学性能。在4.2~2.4 V充放电,0.1 C首次放电比容量为142.1 m Ah/g,循环50次后达到131.5m Ah/g,容量保持率为92.54%,高于单一铁源合成的材料;在0.2 C、0.5 C、1 C和2 C的倍率循环性能测试也表明混合铁源合成的材料有较好的电化学性能。     

铌、钒掺杂对正极材料LiFePO_4/C电化学性能的影响

以FeC_2O_4·2 H_2O、NH_4H_2PO_4为原料,聚乙二醇为有机碳源,通过V~(5+)和Nb~(5+)掺杂高温固相法制备Li_(1-y)Nb_yFe_(1-x)V_xPO_4/C(x=0,y=0;x=0.03,y=0;x=0,y=0.03;x=0.03,y=0.03)正极材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行表征。结果表明:V~(5+)和Nb~(5+)均匀地掺入了LiFePO_4晶格中,材料的晶体结构及形貌没有发生改变,仍为橄榄石型结构。在充放电电压为2.4~4.2 V时对所合成的样品进行电化学性能测试,其中Li_(0.97)Nb_(0.03)Fe_(0.97)V_(0.03)PO_4/C正极材料在不同倍率下具有最佳充放电比容量,在0.1 C、0.2 C、0.5 C和1 C下的首次放电比容量分别为162.3、160.8、160.1和155.3 m Ah/g,经过100次循环后,1 C下的容量保持率为93.72%,具有良好的倍率性能和循环性能。     

四甘醇作碳源合成Li_3V_2(PO_4)_3正极材料及其电化学性能

以LiOH·H_2O、NH_4VO_3、H_3PO_4为原料,四甘醇为还原剂,在水相中制备Li_3V_2(PO4)_3前驱体,在惰性气氛中850℃焙烧8 h得到锂电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3。X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和恒电流充放电测试表明,所得样品为单斜Li_3V2(PO4)_3,厚度约为0.5μm的片状结晶;在3.0~4.3 V(vs.Li/Li+)电压范围内以0.1 C、1 C充放电,首次放电比容量分别为123.1和113.5 m Ah/g,1 C充放电40次循环后放电比容量为111.1 m Ah/g,容量保持率为98%,具有良好的倍率性能和循环性能。     

三甘醇作碳源合成Li_3V_2(PO_4)_3正极材料

以LiOH·H_2O、NH_4VO_3、H_3PO_4为原料,三甘醇为还原剂,在水相中制备Li_3V_2(PO_4)_3前驱体,在惰性气氛中850℃焙烧8 h得到锂电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3。XRD、SEM和恒电流充放电测试表明,所得的样品为纯相单斜Li_3V_2(PO_4)_3,结晶为10~20 mm的团粒结构;在3.0~4.3 V(vs.Li/Li~+)电压范围内以0.1 C、1 C充放电,首次放电比容量分别为120.0和114.9 mAh/g,1 C充放电35次循环后放电比容量为112.1 mAh/g,容量保持率为98%,具有良好的倍率性能和循环性能。     

空气和氧气氧化沉淀法制备FePO4·2H2O及LiFePO4

以FeSO4·7 H2O和H3PO4为原料,用价格低廉的空气或氧气作为氧化剂,通过氧化沉淀法一步制得结晶态的FePO4·2 H2O。以此为前驱体制得的LiFePO4正极材料具有较好的性能。采用空气氧化时,0.2 C首次充放电比容量分别为153.5和140.8 mAh/g,首次库仑效率为91.7%;采用氧气氧化时,0.2 C首次充放电比容量分别为168.7和153.7 mAh/g,首次库仑效率为91.1%;循环性能和倍率性能还有待改善。用X射线衍射仪和扫描电镜等对两种方法制备的FePO4·2 H2O和LiFePO4的结构和形貌进行表征。用空气或氧气代替双氧水作为氧化剂显著降低了FePO4·2 H2O前驱体的制备成本,具有应用前景,值得深入研究。     

锂离子电池用高倍率性能Li_4Ti_5O_(12)/MWNTs复合材料

通过溶胶凝胶法辅助的溶剂热法和热处理制备了Li4Ti5O12/MWNTs复合电极材料。进行了热重(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、布鲁瑙尔-埃利特-特勒法(BET)等表征分析和电化学性能测试研究。与纯相的Li4Ti5O12相比,Li4Ti5O12/MWNTs具有较高的比表面积,更有利于锂离子的扩散;且MWNTs提供的三维导电网络状结构提高了复合材料的导电性,Li4Ti5O12/MWNTs具有更好的倍率性能和循环性能。在10 C下放电,比容量为140 mAh/g;经过300次循环其放电比容量仍有124 mAh/g,容量保持率为89%。     

酸处理石墨毡催化PbO_2/Pb~(2+)电化学活性

将聚丙烯腈(PAN)基石墨毡分别浸入浓甲基磺酸、H_2O_2(30%)、H_2O_2/H_2SO_4和H_2O_2/CH_3SO_3H介质中化学氧化。用循环伏安法、充放电法,测试PbO_2/Pb~(2+)在不同石墨毡电极上的氧化还原活性、可逆性及充放电性能;用FT-IR、SEM和XRD测试,分析石墨毡表面的特征官能团、形貌和物相组成。浓甲基磺酸处理前后的石墨毡电极,氧化峰电流从34.3 m A增加到41.2 m A;充放电能量效率从68.5%增加到72.5%。归因于化学氧化后的石墨毡电极表面粗糙,引入了羟基官能团,增加了α-Pb O2沉积/溶解活性。     

锡掺杂对尖晶石型Li4Ti5O12性能的影响

采用传统高温固相法合成了锂离子电池负极材料尖晶石型Li4Ti5O12,研究了Sn元素掺杂对Li4Ti5O12的影响。采用XRD、SEM、循环伏安、电化学阻抗图谱、恒流充放电测试研究了材料的晶体结构和电化学性能。结果表明:所制备的材料均具有良好的尖晶石型结构,Sn元素的掺杂有效地改善Li4Ti5O12电子导电性和循环性能,其中以ST2(nSn:nTi=1:9)为最佳,以0.5 C的倍率循环充放电,首次放电比容量可达到138.69mAh/g,50次循环后放电比容量仍保持在124.30mAh/g,容量保持率为89.62%。     

聚苯胺/石墨烯复合材料微观结构的调控

聚苯胺(PANI)/石墨烯复合材料具有高循环稳定性和高比容量等优点，PANI在石墨烯表面的分散情况会影响电化学性能。采用球磨技术，通过改变苯胺单体浓度，在石墨烯表面调控沉积PANI,制备PANI/石墨烯复合材料。利用XRD、傅里叶红外光谱(FTIR)和SEM测试分析复合材料的微观结构，通过CV和恒电流充放电测试研究复合材料的电化学性能。高速球磨作用可实现PANI在石墨烯表面的均匀生长，苯胺单体浓度为0.001 0 mol/L时，PANI分子链在石墨烯表面得以舒展，可使石墨烯良好的导电性与PANI的π-π相互作用协调一致，保证PANI充分发挥氧化还原性能，得到最佳电化学性能。复合材料以1.0 A/g电流在0～0.9 V循环，放电比电容为292.1 F/g,循环1 000次的电容保持率可达87.1%。     

SnO2/石墨烯纳米复合材料的制备及储锂性能

将氧化石墨烯与SnCl2·2 H2O水溶液混合,搅拌过程中滴入氨水,经空气中干燥,最后在氩气气氛中退火制得SnO2/石墨烯纳米复合材料.X射线衍射(XRD)表征确定了SnO2纳米颗粒的晶格结构.场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)表明:SnO2纳米颗粒均匀分布在石墨烯片层中,且两者结合紧密.作为锂离子电池负极材料,所制备的纳米复合材料的首次可逆比容量为970 mAh/g,以50 mA/g的电流密度循环50次后比容量为639 mAh/g,表现出优越的循环性能.同时,该复合材料具有良好的倍率性能.