TiO_2对Si负极材料电化学性能的影响

通过机械混合法将Si和TiO2复合合成锂离子电池复合负极材料。采用XRD、SEM和电化学测试等手段对复合材料进行一系列表征和测试,考察了不同TiO2复合量对Si负极材料性能的影响。结果表明:复合后材料的首次库仑效率明显提高,循环性能也有明显的改善。当Si与TiO2质量比为1∶1时,电极材料的首次放电比容量为2 099.0m Ah/g,首次库仑效率为78.7%,0.5 A/g电流密度下首次放电比容量为1 112.1 m Ah/g,循环50次后比容量保持在480.4 m Ah/g。     

高容量富锂层状材料Li_2MnO_3·2LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的制备与表征

通过共沉淀法制备了富锂层状正极材料Li2Mn O3·2 Li Ni0.5Mn0.5O2,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、循环伏安和恒流充放电测试对其结构和电化学性能进行了表征。研究结果表明富锂正极材料Li2Mn03·2 Li Ni0.5Mn0.5O2具有相对高的比容量及良好的循环性能,首次放电比容量为187.2 m Ah/g,首次充放电库仑效率为74.3%,第二次充放电库仑效率升至97.6%。经过30次循环,放电比容量仍有156.8 m Ah/g,容量保持率为83.7%。     

硫碳比对Li-S电池性能的影响

分别制备硫碳比为6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的Li-S电池正极材料。采用XRD分析了这4种正极材料的成分结构,用场发射扫描电子显微镜观察了它们的形貌,利用交流阻抗谱、循环伏安和电池充放电测试电池的电化学性能。结果表明:正极材料S∶C=8∶2时,电池在0.2 C放电倍率下,首次放电容量为1299 m Ah/g,100次循环后仍能保持570 m Ah/g左右,经过20次循环后电池的库仑效率仍稳定在99%左右,性能明显优于其他3种正极材料组成的电池。     

TiO_2纳米材料在锂硫电池正极中的应用

实验采用的TiO_2纳米材料是通过水热合成法制备并进行碳化得到。将所得的TiO_2纳米材料作为硫载体,用熔融吸附法缓慢将硫单质融入载体中,最后得到C/S/TiO_2复合正极材料。材料的结构表征主要采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD),结果表明,TiO_2基体由大小在40~60 nm范围内的颗粒聚集成薄片,薄片为微米级。实验采用335m A/g的电流密度对组装的扣式电池进行电化学性能测试。结果表明,C/S/TiO_2复合材料的首次放电比容量可达到1 512 m Ah/g,经过100次循环后放电比容量为710 m Ah/g;当采用0.5 C放电时,电池的放电比容量为869 m Ah/g,随着充放电倍率由0.8 C增加到2 C,电池的可逆比容量依次为794、722、668 m Ah/g,表明通过加入TiO_2,在大的充放电密度下电池的循环稳定性得到了很大的提高。     

复合物S/TiO_2的合成及电化学性能

采用水热法合成了介孔TiO_2,并将其与硫复合,制得S/TiO_2复合材料。分别通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的结构、形貌进行了分析。通过充放电测试对比研究了升华硫和S/TiO_2复合电极的循环性能和库仑效率。结果表明,S/TiO_2复合电极的循环性能和库仑效率均得到改善,在电流密度为300 m A/g时,其首次放电比容量从1 094.1提高到1 118.6 m Ah/g,前50次容量保持率从45.8%到51.6%,前50次平均库仑效率从69%到82%。     

高度石墨化空心碳球/纳米锗复合负极材料

采用高温石墨化处理和原位沉淀法,首次将高度石墨化空心碳球(HGS)与纳米锗(Ge)球复合制备锂离子电池负极材料。所制备复合材料中Ge的负载量为57.9%,表现出较高的循环稳定性和优异的倍率性能,特别是具有较高的首次库仑效率。在0.2 C下,首次充放电比容量分别为1 427.4和1 153.3 m Ah/g,首次库仑效率高达80.8%;在4 C倍率下可逆比容量可达600 m Ah/g;经过100次循环后,平均每次循环容量衰减量小于0.46%。     

层状多孔石墨烯/NiOOH/Ni(OH)_2的制备及其电化学性能

以石墨烯、Ni SO4、K2S2O8(饱和)、氨水、蒸馏水为反应物,经过常温回流制备得到Ni OOH/Ni(OH)2含量不同的石墨烯/Ni OOH/Ni(OH)2复合材料。扫描电子显微镜法(SEM)表征显示,Ni(OH)2/Ni OOH在石墨烯表面上形成多孔结构,负载了多孔Ni OOH/Ni(OH)2的石墨烯又进行了层层堆积。电化学性能测试显示,电极材料GP/Ni-5性能最佳,其在电流密度为100 m A/g时,首次可逆比容量为1 287.4 m Ah/g,80次循环后比容量保持在830 m Ah/g,而纯Ni OOH/Ni(OH)2首次可逆比容量为2 400.6 m Ah/g,80次循环后比容量已降至405.9 m Ah/g,表明石墨烯的加入大大提高了材料的稳定性。     

Li含量对Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_2性能的影响

采用高温固相法合成Li_(1+x)[Ni_(0.35)Mn_(0.65)]O_2(x=0.35、0.40、0.45和0.50)富锂锰基正极材料,进行XRD、SEM、电化学阻抗谱(EIS)分析和电化学性能测试。所得材料具有α-NaFeO_2层状结构,一次颗粒为类球形,平均粒径约为500 nm,最佳x值为0.45。x=0.45的材料于25℃时在2.0~4.8 V充放电,0.05 C首次放电比容量和首次循环的库仑效率分别为227.7 m Ah/g和71.7%,1.00 C最高放电比容量为182.6 m Ah/g。EIS测试表明:材料组装的电池的电荷转移阻抗较低。     

添加石墨烯的磷酸铁锂锂离子电池的性能

向磷酸铁锂(Li Fe PO4)正极材料中添加石墨烯,研究石墨烯添加量对Li Fe PO4正极锂离子电池性能的影响。石墨烯添加量为20%时,电池的低温性能最佳:与常规电池相比,正极活性物质的0.50 C比容量(2.50~3.65 V)从111.07 m Ah/g提高到135.83 m Ah/g;内阻从20.37 mΩ减小到8.26 mΩ;3.00 C倍率放电平台为3.09 V,提高了0.15 V;低温-20℃可放出额定容量的74.20%。添加石墨烯的电池的不可逆容量较高,会降低电池的首次充放电效率和循环性能,其中添加20%石墨烯时,0.10 C首次充放电效率为92.29%;0.20 C循环50次的容量保持率仅为65%。     

锂硫电池用S/KB复合材料的制备及性能

以科琴碳黑(KB)作为单质硫的载体,分别用球磨法和热处理法制备S/KB复合正极材料。用XRD、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电测试,对材料进行分析。球磨法制备的材料首次放电比容量较高,1.0 C放电至1.5 V,最高达1 670 m Ah/g;热处理法制备的材料循环性能更稳定,以0.5 C在1.5~2.5 V循环30次,放电容量保持率约为82%。     

刻蚀多壁碳纳米管/硫复合物的制备及性能

采用水热高温高压法用KOH刻蚀多壁碳纳米管(MWCNT),得到管长较短、管壁多孔的刻蚀MWCNT,用水热原位沉积法将刻蚀前后的MWCNT与硫复合。采用SEM、高角度环形暗场(HAADF)、XRD、比表面积分析、热重分析(TGA)、循环伏安和恒流充放电等方法对材料进行测试。刻蚀MWCNT与硫复合均匀,含硫量为80%的刻蚀MWCNT/S具有良好的电化学性能,在1.5~2.8 V充放电,0.1 C首次放电比容量为1 118.9 m Ah/g,0.2 C首次放电比容量为717.6 m Ah/g,50次循环后比容量仍保持在607.6 m Ah/g,循环稳定性良好,库仑效率可达90%。     

官能团改性对锂硫电池性能的影响

以椰壳为原料、氢氧化钾为活化剂,制备高比表面积(2 258 m2/g)、具有微孔结构的活性炭。采用氨水、双氧水进行改性,随后经高温封装法将改性活性炭与硫复合(硫含量为60%),作为正极材料制备锂硫电池,研究官能团改性对锂硫电池性能的影响。氨水改性引入了大量的氨基,以200 m A/g的电流在1.7~2.8 V循环,首次放电比容量由硫正极的1 058m Ah/g提高至硫碳复合正极的1 333 m Ah/g;双氧水改性引入了羧基基团,对锂硫电池的容量和循环性能不利。     

石墨烯电化学储锂性能研究

通过简单热膨胀法制备得到石墨烯。采用X射线衍射光谱法(XRD),高分辨电子显微镜(HRTEM),拉曼光谱分析法研究了石墨烯的微观形貌、结构特性。作为锂离子负极材料,石墨烯具有高的比容量,在100 m A/g的电流密度下,其放电比容量达到1 029.4 m Ah/g。在500 m A/g电流密度下,70次充放电循环后,其比容量可以达到900 m Ah/g,表明石墨烯是理想的锂离子电池负极材料。     

Sn-Co-Zn纳米棒阵列合金电极的制备及性能

采用液相法制备铜纳米棒阵列,并用作锂离子电池负极集流体,通过电沉积制备Sn-Co-Zn纳米棒阵列合金电极。合金电极主要是由Co Sn、Co Sn2和单质Zn组成的混晶。以1 C在0.02~1.50 V循环,合金电极首次循环的放电比容量为813.8 m Ah/g,库仑效率为87.5%,第50次循环的放电比容量为467.0 m Ah/g。电极活性材料多相结构及纳米阵列间隙,可缓解嵌锂过程中的体积膨胀。     

高温热处理制备硫/碳正极材料的电化学性能

分别以气相生长碳纤维(VGCF)、多壁碳纳米管(MWCNT)和活性炭(AC)作为单质硫载体,通过高温热处理制备锂硫电池用S/C正极材料。采用SEM、XRD、热重分析(TG)、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等方法,分析复合材料的结构及电化学性能。碳材料形态对锂硫电池的放电比容量和循环性能有重要影响,S/VGCF复合材料的电化学性能较好。以0.1 C的电流在1.5~3.0 V充放电,首次和第100次循环的放电比容量分别为1 204.87 m Ah/g、547.62 m Ah/g。     

纳米结构NiCo_2S_4的制备及储锂性能

采用水热/溶剂热法在不锈钢网表面生长纳米结构的NiCo_2S_4。XRD、SEM分析表明,制备的Ni Co2S4具有较好的结晶性和理想的纳米球结构。用恒流充放电(GCD)、循环伏安(CV)等技术研究材料的电化学性能和储锂机理。产物具有良好的循环稳定性和倍率性能,在0. 01～3. 00 V循环,当电流为0. 2 A/g时,第40次循环的放电比容量保持在1 427 m Ah/g,库仑效率为98. 8%;当电流为0. 8 A/g时,第350次循环的放电比容量仍可保持在948 m Ah/g,储锂性能较好。     

正极材料高温热处理后锂硫电池电气性能变化

采用多壁碳纳米管(MWCNT)、气相生长碳纤维(VGCF)、活性炭(AC)为单质硫的载体,通过高温热处理的方法制备锂硫电池用S/C正极材料。通过对所得材料进行X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、热重分析、恒流充放电及循环伏安测试等对材料的结构及电气性能进行分析。研究发现,锂硫电池的放电比容量及循环性能受碳材料的影响较大,其中S/VGCF复合材料的电化学性能较好,当以0.1 C的电流在1.5~3.0 V进行充放电时,其首次和第100次循环的放电比容量分别为1 205.62、613.18 m Ah/g。     

层状MoO_2/石墨烯复合材料制备及其电化学性能

以氧化石墨、钼酸铵、硝酸、蒸馏水等作为反应物,经过水热反应得到石墨烯含量不同的Mo O2/石墨烯复合材料。透射电子显微镜法(TEM)表征显示,Mo O2在石墨烯表面上均匀分散,负载了Mo O2的石墨烯又进行了层层堆积。电化学性能测试显示,电极材料GP-11(石墨烯含量为11 mg)性能最佳,其在电流密度为0.1 A/g充放电时,首次可逆比容量为1 089.7 m Ah/g,经过100次的循环后比容量保持在733.4 m Ah/g,而纯Mo O2首次可逆比容量为934.9 m Ah/g,100次循环后比容量降至156.4 m Ah/g,表明石墨烯的加入大大提高了材料的容量和稳定性。     

球形Li_2FeSiO_4/C正极材料的制备与性能研究

以正硅酸乙酯、草酸亚铁、碳酸锂为原料采用两步沉淀工艺制备了球形Li_2FeSiO_4/C正极材料。利用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、交流阻抗分析(EIS)和恒流充放电测试方法对样品的结构、形貌和电化学性能进行了分析。结果表明:850℃下进行10 h处理的样品材料颗粒呈球形形貌,颗粒尺寸在400~600nm之间,分布较为均匀;并且在该条件下制备的样品具有较高的电导率(1.244×10-13 cm2/S),在0.1C放电下的首次充电比容量为162.2 m Ah/g,放电比容量为153.1 m Ah/g,具有较高的库仑效率(94.4%),经过50周循环后容量保持率仍为87.9%,说明该方法制备的球形Li_2FeSiO_4/C材料具有良好的电化学性能。     

2% LiMn_2O_4对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响

将层状的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2锂离子电池正极材料与尖晶石型的LiMn2O4按质量比为2∶98混合烧结,采用X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)以及充放电测试研究LiMn2O4对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电化学性能的影响。研究表明混合LiMn2O4有利于提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的首次库仑效率、循环性能和倍率性能,在3.0~4.3 V以1 C循环,首次放电比容量和库仑效率分别为150.3 m Ah/g和85.5%,循环50次后容量保持率为88.9%;在5 C下充放电仍保持136.2 m Ah/g。循环伏安与交流阻抗测试表明混合2%(质量分数)LiMn2O4可以提升材料的可逆性和放电容量,降低电荷转移电阻。