石墨相氮化碳表面包覆改善锂离子电池正极材料LiCoO_2电化学性能的研究

通过简单的固相法和液相法,分别制备出石墨相氮化碳(g-C_3N_4)表面改性的商品化LiCoO_2复合材料,采用扫描电子显微镜观察改性后的材料,发现g-C_3N_4都均匀地包裹在LiCoO_2表面。两种g-C_3N_4-LiCoO_2复合材料被用作锂离子电池的正极材料,电化学测试结果显示,固相法制得的g-C_3N_4-LiCoO_2复合材料在0.2C的倍率下充放电测试,首次比容量达167mA·h·g~(-1),循环80次后,比容量仍达132mA·h·g~(-1),高于未经g-C_3N_4包裹的纯LiCoO_2(98mA·h·g~(-1));液相法制得的Y-C_3N_4-LiCoO_2复合材料循环稳定性明显优于同类材料,循环80次后容量保持率均在95%以上。试验证实,g-C_3N_4表面改性的策略具有一定的实用价值,改性后,材料优异的电化学性能归因于g-C_3N_4的包裹处理,这不仅增强了固体电解质界面(SEI)的稳定性,也抑制了锂离子嵌入/脱出电极材料时引起LiCoO_2体积的变化。     

铁氧化物锂离子电池负极材料研究进展

铁氧化物锂离子电池负极材料具有比容量高、资源丰富、价格便宜和环境友好等优势,是目前高容量负极材料的研究热点之一.然而,铁氧化物负极材料巨大的体积效应、较差的循环性能以及大的首次可逆容量损失,影响了其在锂离子电池中的应用.目前研究最多的铁氧化物负极材料是α-Fe_2O_3和Fe_3O_4,理论容量分别为1 007 mA·h·g~(-1)和924 mA·h·g~(-1).关于其电化学性能的改进方法,包括制备不同形貌与尺寸的纳米结构材料以及铁氧化物/碳纳米复合材料.介绍了铁氧化物锂离子电池负极材料的储锂机理及其存在的问题,综述了各类铁氧化物负极材料的制备方法、影响因素及电化学性能,并对铁氧化物负极材料的进一步研究、发展应用予以展望.     

锂离子电池富锂正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2的合成及性能

随着电动汽车的发展,迫切需要具有高安全性、高能量密度、高功率、大容量、长寿命、高环保、低成本等优点的锂离子电池。层状结构的富锂锰基正极材料由于具有比容量高、平台电压高、热稳定性好、价格低廉的特点而被认为是有希望的未来电动汽车候选正极材料之一。尽管其拥有很高的比容量,但仍存在着首次循环不可逆容量高、倍率性能差等问题,纳米化是改进材料倍率性能的一种有效手段。本文以Ni O,Co_3O_4,Mn CO_3和Li_2CO_3为原料,成功制备得到了纳米级的锂离子电池正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,合成的Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2材料具有层状结构,一次颗粒均匀、细小,平均颗粒尺寸约为90 nm,并具有良好的电化学性能,在2.0~4.8 V以0.1C充放电时,首次放电比容量达到284 m Ah·g~(-1),首次库伦效率为86.1%。材料同时拥有良好的倍率性能,1.0C放电容量达到240 m Ah·g~(-1),3.0C放电容量达到210 m Ah·g~(-1)。     

静电纺丝法制备高性能富锂锰基正极材料

为解决富锂锰基材料首圈效率低,倍率性能差的缺陷,采用静电纺丝法制备了Li_(1.2)[Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2富锂锰基正极材料。实验结果表明,通过静电纺丝法制备的纳米纤维材料具有三维立体结构和更大的比表面积,提高反应活性并降低了锂离子传导阻抗,从而使得材料的倍率性能和放电容量得到了改善。在5 C倍率下,纺丝纤维放电比容量为175 mA·h/g,而沉淀颗粒仅为154 mA·h/g。此外,首圈效率和放电容量也得到了提升,从72.87%提升至81.93%,以上表明静电纺丝法制备的富锂锰基材料具有更优异的性能。     

直接融盐法制备锂离子电池负极材料Li4/3Ti5/3O4及其电化学性能

以CH3COOLi·2H2O和锐钛矿型TiO2为原料,通过直接融盐法合成锂离子电池负极材料Li4/3Ti5/3O4,考察合成条件对材料性能的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行物相和形貌分析.结果表明,先在70℃保温5 h或10 h,再在800℃煅烧2 h可得到纯相的Li4/3Ti5/3O4粉末,平均粒径在300nm左右,且粒径分布均匀.充放电测试表明在70℃保温5 h、800℃煅烧2 h得到的样品具有最优异的电化学性能.以0.1C倍率充放电,其首次放电容量达到172(mA·h)/g,接近理论容量,20次循环后,容量仍保持在140(mA·h)/g.与传统的固相法相比,用直接融盐法得到的材料具有较大的锂离子扩散速率、高倍率性能和循环可逆性.     

锂离子电池新型正极材料LiFePO4／C的合成

采用高温固相合成法合成了锂离子电池正极材料LiFePO4/C,并对其晶体结构、形貌和电化学性能进行了研究.结果表明:合成的LiFePO4/C材料为单一橄榄石型结构,颗粒分布比较均匀;以0.1 C倍率充放电时其初始比容量为115 mA·h/g,20次循环后其容量保持率为97%.     

异型锂离子电池用Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2材料的纳米MoS_2包覆改性研究

采用简单的液相研磨法制备了纳米MoS_2修饰的富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2。恒电流充放电测试结果表明,经过纳米MoS_2修饰的材料表现出优异的电化学循环稳定性能。3%MoS_2修饰的材料在0.5C倍率下经过120次循环后,放电比容量仍高达235mA·h/g,容量保留率为88.4%,相较于空白样153.8mA·h/g的放电比容量和70.1%的容量保留率有显著提高。此外,与空白样的0.70V相比,3%MoS_2修饰的材料经过120次循环后电压衰减仅为0.44V。可见,材料在循环过程中的电压衰减也得到了明显改善。     

具有核壳结构的FeS2微米球与碳纳米管原位复合介孔材料的构建及其在锂离子电池中的应用

通过简单的水热反应原位合成了具有核壳结构的FeS₂微米球与多壁碳纳米管复合的介孔材料(C-S-FeS₂@ MWCNT).FeS₂微米球表面由纳米片状颗粒堆叠形成的厚度为~350 nm壳层, 以及以化学键的形式吸附在微球表面的碳纳米管共同构成了材料保护层.保护层具有丰富的官能团和大量的孔隙结构, 保证了锂离子扩散通道, 并有效抑制了体积膨胀.C-S-FeS₂@ MWCNT在200 mA·g-1的电流密度下, 250次循环可逆容量达到638 mA·h·g-1, 倍率性能也得到明显改善, 为过渡金属硫化物电极材料的微米化设计和体积能量密度的提升提供了可能.      

Fe_2O_3在锂离子电池负极材料中的研究进展

近年来,锂离子电池被广泛地应用于便携式电子设备和手机,并且对于诸如电动汽车等更高要求的应用而言具有巨大的潜力。作为锂离子电池负极材料,Fe_2O_3是最有可能替代石墨的过渡金属氧化物之一。因其具有高的理论比容量(1 007 mA·h·g~(-1))、储量丰富、安全性能好、无毒、环境友好和成本低等一系列优点,被广泛应用于气体传感器、催化和锂离子电池电极材料等领域,是一种具有巨大潜力的电极材料。介绍了锂离子电池的基本结构组成和工作原理,综述了Fe_2O_3的储锂机制和制备方法,总结了近年来Fe_2O_3以及它的复合物作为锂离子电池负极材料的研究进展。     

共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiFePO4

采用共沉淀法制备橄榄石结构的LiFePO4锂离子电池正极材料,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒电流充放电测试等方法对其结构、表观形貌及电化学性能进行了分析研究.结果表明,该方法制备的LiFePO4为均一的橄榄石型晶体结构,颗粒微细;低倍率下充放电测试比容量可达126.3 mA·h/g;循环性能良好,充放电100次循环后,容量损失率仅为9.4%.     

超声空化联合机械活化制备尖晶石LiMn_2O_4及其电化学性能

采用超声空化联合机械活化法合成一系列微观形貌不同的锂离子电池正极材料LiMn_2O_4,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪对制备的LiMn_2O_4正极材料的相组成特性、微观形貌和电化学性能进行相关测试。结果表明,本方法制备的LiMn_2O_4正极材料具有良好的尖晶石结构,延长机械活化时间可以得到致密的类球形结构的尖晶石材料,其中经过机械活化4 h后烧结得到的样品具有良好的电化学性能,在6 C放电倍率下放电比容量为88.2 mAh·g~(-1),返回0.5 C时容量恢复效率达到91.3%。     

锂离子电池负极材料用纳米铁酸锌的制备及研究进展

铁酸锌(ZnFe2O4)因其优良的性能被用作锂离子电池新型负极材料,但ZnFe2O4导电性差,充放电过程中的体积效应严重,导致其循环稳定性低、容量衰减快、倍率性能差,限制了其的应用.本文介绍了几种制备纳米铁酸锌及铁酸锌复合材料的方法,通过扫描电子显微镜对纳米级铁酸锌的形貌结构进行了研究,总结了水热法、溶剂热法、静电纺丝...     

锂离子电池正极材料Li_3V_(2-2x)/3Mg_x(PO_4)_3/C的制备及电性能研究

本文主要通过水热法制备了锂离子电池正极材料Li3V2-2x/3Mgx(PO4)3/C,并研究了掺杂金属元素Mg对Li3V2(PO4)3晶体结构和电性能的影响。结果表明,当Mg含量x=0.45(质量分数,下同)时,且在温度为750℃焙烧6 h的条件下所制备的样品具有较好的晶体结构、微观形貌和电化学性能。镁掺杂量在一定范围内变化不会影响磷酸钒锂本身的单斜结构。在3.0~4.8 V、0.1 C倍率下,Li3V1.70Mg0.45(PO4)3/C复合材料首次放电比容量高达154.4 mAh·g-1,首次库伦效率为94.32%,在不同倍率下循环25次之后的容量依然可以达到112.8 mAh·g-1。掺杂镁的样品与未掺杂的样品相比,容量和循环倍率性能均有了很大程度的提高。     

一步水热法合成3D花状CoS锂离子电池负极材料的组织及电化学性能研究

以CoCl2·6H2O和硫脲(CH4N2S)为原料,采用一步水热法,通过改变钴硫摩尔比和添加表面活性剂制备出两种不同形貌(3D花状和球状)的硫化钴(CoS)锂离子电池负极材料。结果表明,当钴硫摩尔比为1:1时,在180℃下水热反应12 h可得到3D花状CoS负极材料,其三维立体花状结构由纳米级层片组成;当钴硫摩尔配比为1:1,添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),在180℃下反应12 h可制得由小颗粒聚结成的球状CoS负极材料。在0.1C电流密度下,3D花状CoS电池首次放电比容量为752m Ah·g^-1,并且具有良好的倍率性能;在1C电流密度下,经过200圈的循环测试后,3D花状CoS电池仍有较高的放电比容量(185 mAh·g^-1),远高于球状CoS电池(118.6 mAh·g^-1),并且没有衰减的趋势。     

锂离子电池负极材料ZnSnO3/C复合物的制备与性能

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点，已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO₃复合材料(ZnSnO₃/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明：当作为锂离子电池负极材料时，ZnSnO₃/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO₃电极.在200 mA·g^–1电流密度下，ZnSnO₃/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^–1，即使在大电流5000 mA·g^–1下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^–1的放电比容量，同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO₃/C复...     

多孔网状结构TiO_2柔性电极的可控制备研究

通过水热法调整NaOH浓度、水热反应时间以及反应温度,制备了TiO_2柔性电极材料。水热合成的优化条件是NaOH溶液浓度为0.5 mol/L,反应温度为200℃,反应时间为16 h。该条件下制备出的TiO_2具有多孔网状结构,这种结构可以增强电解液浸润,缩短Li~+扩散路径,加快锂离子和电子的传输。恒流充电性能测试结果显示,多孔网状结构的TiO_2材料具有较好的循环稳定性,在800 mA/g电流密度下,循环50圈之后,可逆容量为112 mA·h/g,容量保持率为67.8%。同时具有优异的倍率性能,在较高电流密度1 600 mA/g下,可逆容量仍可保持在103.4 mA·h/g。     

高温固相还原法制备新型锂离子负极材料NbO及其电化学性能

以Nb和Nb2O5粉末为原料,采用高温固相还原法合成NbO电极材料。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光衍射粒度分析(LDSA)、充放电测试、循环伏安(CV)测试等手段对材料的结构、形貌及电化学性能进行表征,并通过原位XRD分析测试,探究NbO作为负极材料在锂离子电池中的反应机理。结果表明:NbO用作电极材料的平均嵌锂平台在1.6 V左右。NbO对锂的插嵌机理为锂离子的直接脱嵌,是1个单相转变过程。在0.05 C(C为充放电电流倍率)下,NbO和球磨处理后(Ball-milling)的NbO-BM的首次放电容量分别为220(mA·h)/g和280(mA·h)/g,经过50次循环后,剩余容量分别为170(mA·h)/g和220(mA·h)/g     

TiO_2量子点修饰g-C_3N_4及其光催化脱色性能研究

为进一步提高g-C_3N_4光催化活性,采用等孔体积浸渍法制备了TiO_2量子点修饰的g-C_3N_4。研究结果表明TiO_2量子点修饰使g-C_3N_4的XRD衍射峰、表面性质参数、粒径分布和对可见光的吸收有显著影响。以罗丹明B为模拟污染物,在模拟太阳光照射下对所制备TiO_2/g-C_3N_4光催化性能进行了测试。结果表明,经TiO_2量子点修饰后g-C_3N_4光催化性能显著增强,当TiO_2/g-C_3N_4质量比为3%时,所制备样品具有最高的活性。捕获剂测试结果表明,·O2-离子是光催化降解反应中主要的活性物种。     

Ag纳米粒子沉积MoS_2多孔复合块材的组装及其吸附性能

由于MoS_2纳米片具有许多优异的特性,逐渐受到研究者的重视。以Ag纳米粒子分散液和MoS_2纳米片悬浊液为前驱物,在室温下将其充分混合、搅拌和放置,制得了由Ag连接的MoS_2多孔复合材料(Ag-MoS_2)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱及比表面积测试等各种测试技术,对该材料进行了系统表征。结果表明,MoS_2纳米片较容易与Ag纳米粒子相互复合,形成三维多孔无机纳米复合材料。与由MoS_2纳米片所形成的多孔材料相比,该复合材料具有相对更大的比表面积和孔体积,其值分别为18.7 m~2·g~(-1)和0.129 m~3·g~(-1);由于在MoS_2纳米片中加入Ag纳米粒子,其比表面积和孔体积分别增大了34倍和62倍。这种材料由于在孔道内含有大量S原子,因而较易吸附极性有机分子和过渡金属离子。在对罗丹明B和Cu~(2+)离子的吸附测试结果证实,Ag-MoS_2块材的比容量分别为0.755和0.699 g·g~(-1),具有较好的吸附能力。     

四氧化三钴/还原氧化石墨烯复合材料制备及其性能的研究

氧化钴(Co_3O_4)/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料中Co_3O_4的纳米结构对于锂离子电池性能起着至关重要的作用。本文通过水热法来制备Co_3O_4/rGO复合材料,采用透射电子显微镜、外吸收光谱、X射线衍射红和X射线光电子能谱和方法对样品进行了表征。测试表明,Co_3O_4/rGO纳米复合材料产生了至少两种不同纳米结构。在整个循环充放电过程中,其比容量一直衰减较快,最后比容量趋于稳定在350mAh/g。本实验工作将为制备Co_3O_4/rGO纳米复合材料和其锂离子电池负极材料的电学性能研究提供一条可参考的方法。