Co–MOFs纳米片/碳布复合材料的制备及在锂离子电池中的应用EI北大核心CSCD

采用液相沉积法在导电碳布表面原位生长Co-MOFs纳米片,制得了Co-MOFs/CF复合材料。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗等手段对材料的组成、结构形貌和电化学性能进行了表征。结果表明:当用作无黏结剂型锂离子电池电极时,在50 mA/g电流密度下,Co-MOFs/CF的首次放电比容量为1 621.3 mA·h/g,100次循环后,其放电比容量仍可达445.1 mA·h/g。相比于纯Co-MOFs,Co-MOFs/CF的首次Coulomb效率和循环性能均有明显改善,主要归因于Co-MOFs的二维片状结构与碳布良好导电性之间的协同作用,Co-MOFs/CF优异的电化学性能使其成为很好的锂离子电池电极候选材料。     

基于苝酰亚胺的高性能有机锂离子电池正极材料

以碳布(CF)为骨架,通过简单的溶液加工法制备基于苝酰亚胺(PDI)的炭黑/苝四甲酰二亚胺/热塑性聚氨酯/碳布复合电极材料(SPTC)。碳布骨架构成导电网络,能够显著降低材料的内阻,当SPTC作为锂离子电池的有机正极使用时,表现出优异的倍率性能和循环稳定性。SPTC在0.05 A/g电流密度下的放电比容量高达126 mA·h/g,接近苝酰亚胺分子的理论比容量,在0.5 A/g电流密度下循环300圈后仍能提供80 mA·h/g的比容量,是一种高性能的有机正极材料。     

锂离子电池柔性碳布负极材料的储锂性能研究

将柔性碳布用于锂离子电池负极材料,用循环伏安法及交流阻抗研究了电池电极材料的电化学性能,用充放电实验研究了电池的循环性能和倍率性能。结果表明,锂离子电池负极采用柔性碳布,具有高的锂储存容量,第一次放电比容量为157.48mAh/g,并且在随后各次的容量损失很小,电池循环趋于稳定。     

对甲基苯磺酸钠掺杂聚吡咯/二氧化钛纳米管阵列全电池的电化学储锂性能

采用电化学方法制备了对甲基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯(TsONa/PPy)锂离子电池正极材料和二氧化钛纳米管阵列(TiO_2NT)负极材料。利用扫描电子显微镜和X射线能量色散光谱仪研究了样品的微观结构及形貌,并进一步组装成全电池,利用恒流充–放电和循环伏安(CV)技术测试了其电化学性能。结果表明:对甲基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯正极材料是由直径为3μm左右的微球组成,二氧化钛负极材料则呈现三维有序纳米管阵列形貌,两种电极材料的表面皆凸凹不平;由二者组成的全电池首次放电比容量约为105 mA·h/g,经过50次循环后,可逆放电比容量仍保持在65 mA·h/g,表现了良好的循环稳定性,此外还表现了良好的倍率性能。     

基于β-FeOOH纳米棒制备LiFePO_4/C和Fe_2O_3纳米电极材料及其电池性能

自制直径为90nm、长为500nm的β-FeOOH纳米棒为前驱物,通过碳热还原法和热分解法分别制备出形貌均匀、粒径为300nm的LiFePO4/C正极材料和粒径为100nm的Fe2O3负极材料,并研究它们对金属锂组成半电池和构造LiFePO4/C vs.Fe2O3全电池的电化学性能。结果表明：LiFePO4/C半电池在0.1C、0.5C、1.0C、5.0C、10.0C和15.0C（1C=170 mA g–1）倍率下放电比容量分别为158.8、153.2、144.3、126.8、111.0 mA h g–1和92.9mA h g–1。经过不同倍率循环后,返回0.1 C放电比容量为157.5mA h g–1,为初始0.1 C放电比容量的99.2%。Fe2O3半电池在50mA g–1电流密度下首次放电比容量为1655.5mA h g–1,循环50次后,仍保持460mA h g–1的放电比容量。LiFePO4/C vs.Fe2O3全电池在0.1 C倍率下,相对于LiFePO4活性物质,首次放电比容量为148.7mA h g–1;相对于Fe2O3活性物质,首次放电比容量为441.7mA h g–1。由LiFePO4/C纳米粒子作为正极材料、Fe2O3纳米粒子作为负极材料组成的全电池在0.1 C到2.0 C不同倍率下均表现出了良好的循环性能,且返回0.1 C后其放电比容量相对于初始0.1 C放电比容量无衰减。可见,以β-FeOOH纳米棒为前驱物控制制备的LiFePO4/C正极纳米材料和Fe2O3负极纳米材料可以有效地提升电池的性能。     

多级ZnO纳米片/Fe负极的制备及锂电性能

通过电解液中NO_3~–的电化学还原、Zn(OH)_2的化学沉积及后续的水解反应,在Fe箔表面生成了一层多级ZnO纳米片(ZnONS),并研究了其微观形貌、微观结构、电化学储锂性能及反应机理。结果表明:多级ZnO纳米片确实形成并紧密结合在Fe箔表面,而且,用于锂离子电池负极时,多级ZnONS/Fe负极的首次充–放电比容量分别为633和1 564 mA·h/g,Coulomb效率为41%;第2次循环的充–放电比容量分别为564和595 mA·h/g,Coulomb效率增加到95%。循环充放电50次时,放电比容量仍达200 mA·h/g,表现了良好的循环稳定性和倍率性能。多级ZnONS/Fe负极的首次不可逆容量损失,主要与电解液的分解和固态电解质界面膜的形成有关。     

溶胶凝胶法制备LiNi0．03Mn1．97O4及其电化学性能

采用溶胶凝胶法合成锂离子电池正极材料LiNi0.03Mn1.97O4,使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对合成材料的结构及物理性能进行了表征。将合成材料作为锂离子电池正极活性材料,考察烧结温度对其结构及电化学性能的影响。随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差。在750℃下烧结温度12h得到了性能较好的HNi0.03Mn1.97O4,首次放电比容量为118．7mA·h／g,50次循环后,其放电比容量仍保持在101．6mA·h／g,适合作为锂离子电池的正极材料。     

过期藻酸双酯钠药片的电化学储钠/锂性能

为了开发过期藻酸双酯钠药片中的非医疗价值,首先采用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪及Fourier红外光谱仪研究了其微观形貌、元素组成及结构,然后进一步利用恒流充/放电与循环伏安技术研究了其电化学储钠/锂性能。结果表明:虽然藻酸双酯钠药片已经过期3年,但其主要成分和结构并未发生明显变化;在50 mA/g循环充/放电时,藻酸双酯钠负极材料在钠离子电池和锂离子电池中的首次放电比容量分别为126.6和282.3 mA?h/g,可逆放电比容量分别为95.7和158.5 mA?h/g,表现了良好的电化学储钠/锂性能及作为钠/锂离子电池负极活性材料的可行性。     

Li_4Ti_5O_(12)-C复合材料的制备及性能

以葡萄糖为碳源,以Li_2CO_3、TiO_2为原料,采用原位复合法制得不同碳质量分数的锂离子电池复合负极材料Li_4Ti_5O_(12)-C。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对复合材料的结构及表面形貌进行了表征,采用恒流充放电和电化学阻抗等技术对复合材料进行电化学性能测试。结果表明:Li_4Ti_5O_(12)-C没有杂相,颗粒均匀。其中,碳质量分数为3%的复合材料在0.5 C下的首次放电比容量最高,为185.9 mA·h/g,循环50次后,其放电比容量仍为161.5 mA·h/g,容量保持率为86.9%;在4.0 C下,其首次放电比容量为106.9mA·h/g。与其他样品相比,碳质量分数为3%的复合材料循环伏安氧化还原峰电位相差为278.6 mV,溶液阻抗为6.198?,电荷转移电阻为187.2?,电化学性能最好。     

黏结剂对SnO_2/石墨烯负极材料电化学行为的影响

针对SnO2用作锂离子电池负极材料所存在的体积膨胀率高及导电性差的不足,考察了羧甲基纤维素钠(CMC)/丁苯橡胶(SBR)和聚偏氟乙烯(PVDF)黏结剂对SnO2、SnO2/石墨烯负极材料电化学性能的影响。结果表明:1)200 mA/g下经过30次充放电循环后,当以CMC/SBR作复合黏结剂时,SnO2的首次放电容量和容量保持率分别为581.3 mA·h/g和37.6%,明显高于PVDF作黏结剂时的电化学性能(135.3 mA·h/g、10.6%);2)200 mA/g下经过100次循环后,当以CMC/SBR作复合黏结剂时,SnO2/石墨烯复合负极材料的首次放电容量、容量保持率分别为702.3 mA·h/g和43.8%,也高于PVDF作黏结剂时的电化学性能(552 mA·h/g和32.8%)。     

CaC2-CCl4体系反应制备纳米碳球及其电化学性能

以碳化钙和四氯化碳为碳源,反应物通过无机化学反应在密封高压釜中制备了纳米碳球.用XBD、SEM、EDS、TEM、HRTEM和BET法对碳球的形貌和结构进行表征,并采用恒流放电法研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.研究结果表明:合成的纳米碳球具有棉花状结构,直径分布为80～250 nm,其d002为0.336～0.340 nm,属于无定形碳结构,BET比表面积为98 m2/g.纳米碳球作为负极材料首次充放电比容量分别为787 mA·h/g和390 mA·h/g,充放电效率为49.6%;5次循环后放电比容量衰减到239 mA·h/g,但效率均保持在95%以上.     

竹炭深加工及在能源电池中应用的研究

以天然毛竹材为原料,通过高温炭化、活化等处理后,得到具有高比表面积的竹炭基生物质能源电池材料。通过恒流充放电、循环伏安等电化学测试方法,考察了竹炭作为超级电容器及锂离子电池电极材料时的电化学性能。结果表明:采用KOH活化后得到的竹炭,比表面积可达2366m2/g;用作超级电容器电极材料,比容量可以达到205F/g,并表现出良好的充放电效率。作为锂离子电池负极材料在200mA/g的电流密度下30次循环后仍然具有225mA·h/g,显示了竹炭具有较高的比容量及良好的循环性能和倍率性能,作为新能源材料具有广泛的应用前景。     

微波水热法合成Li4Ti5O12及其性能

采用微波水热法和水热法制备锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,比较了合成方法对Li4Ti5O12电化学性能的影响,考察了其结构和形貌及电化学性能.结果表明,两种方法均合成了尖晶石结构的Li4Ti5O12,微波水热法合成的样品电化学性能较好,颗粒尺寸为200~300 nm,分布均匀,比表面积较大,在1 C的放电条件下,首次放电比容量为151.33 mA·h/g,97次循环后放电比容量为140.94 mA·h/g,保持率为93.14%,且电化学阻抗较小.     

溶胶-凝胶法合成LiMn2O4及其电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了锂离子蓄电池正极材料尖晶石结构的LiMn2O4粉体.考察了烧结温度对其结构及电化学性能的影响.随着烧结温度的升高,尖晶石型结构越来越完整,初始放电比容量增大,但循环性能却逐渐变差.在700 ℃下烧结10 h得到了性能较好的LiMn2O4粉体,在电流密度0.1 mA/cm2,截止电压3.5～4.4 V时首次放电比容量为126 mA · h/g,稳定放电比容量达110 mA · h/g,适合作为锂离子电池的正极材料.     

原料浓度比对T型微反应器共沉淀制备多孔一氧化锰/碳的影响

以一水合硫酸锰、碳酸氢铵为原料,采用T型微反应器共沉淀法制备了球形碳酸锰,以该碳酸锰为前驱体,蔗糖为碳源煅烧后得到球形多孔一氧化锰/碳锂离子电池负极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附-脱附曲线、恒电流充放电测试、交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV)等方法研究了原料浓度比对一氧化锰/碳电极材料的结构、形态和电化学性能的影响。结果表明,首次放电比容量可以达到1 129.69 m A·h/g,第二圈的放电比容量为707.03 m A·h/g,接近于理论比容量,循环50圈以后,容量仍可以保持在576.93 m A·h/g,显示出较好的电化学性能。     

中空八面体锂离子电池正极材料LiFePO_4的制备及电化学性能

以醋酸锂、磷酸、七水合硫酸亚铁为原料,聚乙二醇为分散剂,通过一步水热法制备得到中空八面体LiFePO_4锂离子电池正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试仪对样品晶型、形电化学性能进行了表征测试。研究结果表明,在2.5~4.2 V电压范围内,以0.1 C(17 mA/g)倍率进行充放电,样品首次放电比容量为129.6 mA·h/g;0.2、0.5、1、2和5 C的充放电倍率时,首次放电比容量分别达到123.6、119.7、114.1、99.5g和90.6 mA·h/g。10 C的充放电倍率时首次放电比容量为84.3 mA·h/g,说明中空八面体LiFePO_4在高倍率下表现出优异的电化学性能。     

基于埃洛石的硅纳米管制备及储锂性能

以天然埃洛石为前驱体,通过低温铝热还原法和自模板法合成硅纳米管,研究了结构形貌在还原过程中的维持机理及储锂性能。结果表明:在低温铝热还原过程中,天然埃洛石中的铝氧八面体有助于维持埃洛石一维纳米管状结构进而得到硅纳米管。基于埃洛石的硅纳米管作为锂离子电池负极时具有优异的电化学性能,电极首次比放电容量高达3 150.2 (mA·h)/g,50次循环后显示出1 786.0 (m A·h)/g的高容量,为商业硅材料比容量的2倍以上,采用2 A/g大电流密度循环时,电极在200次循环后比容量能够保持1 197.6 mA·h/g,远高于商业硅电极。     

低共熔混合锂盐合成LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的研究

在空气气氛中,采用低共熔混合物L iNO3-L iOH为锂盐,制备出了锂离子电池正极材料L iN i0.8Co0.2O2。XRD分析表明:此工艺制得的正极材料具有完整的层状结构。电性能测试表明:在0.5 mA/cm2的充放电电流密度和2.7~4.2 V的电压范围内,L iN i0.8Co0.2O2首次放电比容量为145.2 mA.h/g,充放电库仑效率为83.8%;循环20次后,放电比容量为124.8 mA.h/g。该方法能制备出电化学性能良好的L iN i0.8Co0.2O2正极材料。     

金属有机聚合物衍生Co3O4的制备及其储锂性能

以偏苯三甲酸和Co(NO3)2?6H2O为原料,通过溶剂热法合成了一种钴基金属有机聚合物(Co-MOP).然后对Co-MOP进行高温(500、600、700℃)煅烧得到Co-MOP衍生材料(Co-MOP-500、Co-MOP-600、Co-MOP-700).采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET对Co-MOP及其衍生材料进行了结构和形貌表征.将Co-MOP衍生材料用作锂离子电池负极材料,并进行了电化学性能测试.结果表明,Co-MOP衍生材料均为Co3O4,Co-MOP-600形成了较为稳定结构的多孔球,较好地保持了Co-MOP的形貌,其比表面积为19.9 m2/g.Co-MOP-600具有优异的电化学性能.在100 mA/g电流密度下,Co-MOP-600电极的首圈放电比容量达到1818.5 mA·h/g,循环100圈后其比容量还能维持在1308.5 mA·h/g,Co-MOP-600稳定的多孔球形结构为锂离子的储存提供了更多的活性位点和运输通道.     

金属有机聚合物衍生Co3O4的制备及其储锂性能

以偏苯三甲酸和Co(NO3)2?6H2O为原料,通过溶剂热法合成了一种钴基金属有机聚合物(Co-MOP).然后对Co-MOP进行高温(500、600、700℃)煅烧得到Co-MOP衍生材料(Co-MOP-500、Co-MOP-600、Co-MOP-700).采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET对Co-MOP及其衍生材料进行了结构和形貌表征.将Co-MOP衍生材料用作锂离子电池负极材料,并进行了电化学性能测试.结果表明,Co-MOP衍生材料均为Co3O4,Co-MOP-600形成了较为稳定结构的多孔球,较好地保持了Co-MOP的形貌,其比表面积为19.9 m2/g.Co-MOP-600具有优异的电化学性能.在100 mA/g电流密度下,Co-MOP-600电极的首圈放电比容量达到1818.5 mA·h/g,循环100圈后其比容量还能维持在1308.5 mA·h/g,Co-MOP-600稳定的多孔球形结构为锂离子的储存提供了更多的活性位点和运输通道.