废人造石墨用作锂电池负极的表面氧化成膜改性

废人造石墨在室温下经30%的双氧水氧化, 真空干燥后进一步用LiOH浸渍处理或与Li₂CO₃共混后在N₂保护下升温处理, 在人造石墨表面形成类SEI膜用作锂离子电池的负极材料. X射线衍射和X射线光电子能谱测试分析表明, 表面氧化成膜处理使得人造石墨表面形成以Li₂CO₃为主要成分的膜层, 石墨颗粒表面的氧含量增加, 含氧官能团增多. 样品的充放电测试结果表明: 氧化成膜样品的放电容量均超过323mAh/g, 均大于处理前的255.5 mAh/g, 前50次循环的可逆放电容量基本没有衰减, 仍保持在317mAh/g以上, 说明氧化成膜处理有利于减少形成SEI膜时锂离子的消耗, 抑制溶剂和电解质的分解, 充放电效率提高.     

具有石墨碳骨架结构的硅碳负极材料的制备与电化学性能研究

硅碳材料作为锂离子电池负极材料具有广阔地发展前景。利用水热法和高温碳化法制备了蔗糖碳/硅复合材料(SC/Si),并在此基础上与石墨复合制备出具有石墨导电骨架结构的蔗糖碳/硅-石墨复合材料(SC/Si-Gr),并探究其作为锂离子电池负极材料电化学和电池性能。结果表明,蔗糖碳均匀包覆在纳米硅表面,形成的蔗糖碳/硅复合材料的电化学性能和电池性能随着蔗糖碳含量增加而提高。随着石墨的引入,构建的SC/Si-Gr三元复合材料的电化学性能得到进一步提升。当蔗糖：硅：石墨投料质量比为1∶1∶0.5时,形成的SC/Si-Gr(1∶1∶0.5)复合材料,在电流密度为0.1 A/g条件下,第三圈稳定之后的放电比容量为1 005.1 mAh/g;循环100圈之后放电比容量为819 mAh/g,充放电库伦效率保持在98%左右。在1 A/g大电流密度下,平均放电比容量为437.91 mAh/g。这归功于石墨的加入形成有效的导电骨架结构,提高了首次循环库伦效率,加速锂离子的传输速率,使蔗糖碳/硅-石墨复合材料呈现出良好的循环稳定性和充放电倍率性能。     

竹碳的结构及电化学性能研究

用XRD、SEM和EDS对由天然竹子烧制而成的竹碳进行了组织结构表征。表明竹碳主要呈无定形碳结构 ,并含有钾等金属元素。对竹碳的电化学嵌脱锂性能进行了初步的研究 ,竹碳的首次嵌锂容量约 2 0 0mAh g ,但不可逆容量较大。除去竹碳中的钾等金属离子并进行球磨处理 ,竹碳的首次嵌锂容量超过 4 0 0mAh g ,经过几次充放电循环以后 ,处理后的竹碳显示出良好的充放电效率。     

表面活性剂对纳米SnO2负极材料形貌结构及电化学性能的影响

为了提高SnO_2负极材料的电化学性能,本文以锡酸钠为原料、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、尿素、十二烷基硫酸钠(SDS)分别作为表面活性剂,采用水热法制备了具有纳米结构的SnO_2负极材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试仪测试了材料的形貌、结构和电化学性质.结果表明,使用不同表面活性剂,可获得不同形貌的纳米结构,并且对材料的电化学性能有较大的影响.当尿素作表面活性剂时,获得了分散较好的球形材料,在0.01~3.0 V,以200 mA/g进行充放电测试,首次放电容量2 256.6 mAh/g,经过50次循环后,放电容量保持在440 mAh/g,表现了较好的循环性能.     

锂离子电池负极材料球形钛酸锂的合成及性能

以3.98mol/L的四氯化钛为前驱体溶液,采用内凝胶法制备了具有尖晶石结构的球形钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末。通过XRD、SEM及电化学性能测试等分析手段表明,合成的Li4Ti5O12材料均为纳米一次粒子(晶粒)组成的球形二次粒子(颗粒),且具有较大的比表面积。以这种流动性好、粒径分布均匀、结晶度好的球形钛酸锂为正极材料和Li片为负极材料组成的锂离子电池具有平稳的充放电电压平台和优异的循环性能。在1.0~2.5V充放电,其首次放电容量为173.8mAh/g,经30次充放电循环后,其放电比容量仍有170.2mAh/g。     

锂离子电池炭负极材料的研究——包覆对天然石墨容量衰减的影响

研究了酚醛树脂包覆对天然石墨电化学性能的改善。酚醛树脂热解后形成的包覆石墨首次放电容量达到了460mAh·g-1以上,高于未处理石墨(384mAh·g-1);考察了热处理温度对包覆石墨性能的影响,结果表明在600℃～1000℃的范围内,随着热处理温度的升高,材料的不可逆容量降低,首次充电容量和循环效率提高;循环20周以后包覆石墨的容量仍保持在330mAh·g-1以上,而未处理石墨的容量则降低到300mAh·g-1以下,说明酚醛树脂包覆对抑制石墨的容量衰减有明显的作用。     

锂离子电池负极材料用针状焦的石墨化机理及其储锂行为

通过考察煤系针状焦在700~2800℃热处理过程中石墨微晶结构的变化规律及其电化学性能, 并结合TG-DTG、XRD、SEM、XPS表征方法以及充放电、循环伏安曲线特征, 分析了针状焦的石墨化机理及其储锂机制. 研究结果表明, 随热处理温度的升高, 针状焦的类石墨微晶在不断长大的同时, 还存在微晶在径/轴向的排列、石墨层间位错线的消失、晶界间C-C六圆环的形成、晶界的消失以及石墨层“褶皱”的平面化等复杂过程, 且每个过程的驱动力不同. 针状焦经过2800℃石墨化后, 可获得较低的Li⁺充放电电位和稳定的充放电平台, 且反复充放电40次后的有效嵌锂容量为305mAh/g.     

修饰石墨用作锂离子电池负极材料的研究

采用将高分子聚合物（例如酚醛树脂）包覆于石墨表面形成高分子碳化的方法,对石墨进行表面修饰处理,大大改善了石墨用作锂离子电池负极的性能。通过电化学测试发展,修饰石墨首次充放电效率达到９４．９％,比容量为３０６．１ｍＡｈ／ｇ,并且经过１００次循环后,比容量误差率公为８．２％。通过ＳＥＭ观察和ＸＲＤ衍射分析发现,石墨颗粒表面修饰对颗粒细化,提高锂离子嵌入活性点。防止溶剂分子共嵌入均有增强作用。     

电化学氧化改性石墨毡电极对VO2+/VO+2电对的催化活性

采用循环伏安和恒流充放电试验研究了电化学氧化改性石墨毡对VO2 /VO 2电对的催化活性,并利用XPS、FT-IR、SEM、BET对改性前后石墨毡碳纤维表面O/C、官能团变化、形貌和比表面积进行比较.结果表明,电化学处理后,石墨毡表面的O/C比例由0.085增加至0.15,增加的主要是COOH官能团.石墨毡碳纤维表面被刻蚀,比表面积有所增大.采用改性的石墨毡作为电极组装的全钒液流电池在50mA/cm2电流密度下,电压效率达75.99%,电流效率达96.79%,经多次循环性能稳定.电极活性的提高归因于碳纤维表面COOH官能团数目的增加和比表面积的增大.     

天然石墨的氧化研究

对天然石墨的氧化动力学进行了系统研究。发现：在氧化反应初期，其氧化速率随燃耗增加而增加，然后在经过一段稳定的最高氧化速率区间后，氧化速度随燃耗增加而减小；     

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。     

微扩层鳞片石墨负极材料的制备及电化学性能研究

研究了微扩层鳞片石墨的制备工艺、晶体结构、表面形貌以及电化学行为之间的关系。采用XRD和SEM等手段分析了石墨样品的结构和表面形貌; 采用比表面积分析仪、振实密度仪分别测试了样品的BET比表面积和振实密度等指标; 并应用恒电流充放电测试、循环伏安技术和电化学阻抗法(EIS)研究了微扩层处理前后石墨负极的电化学行为。结果表明, 经微扩层处理后, 石墨的平均层间距d₀₀₂略微增大, 平均晶粒尺寸Lc、La减小, 颗粒的表面更光滑。微扩层石墨的首次库伦效率从91.6%提高至92.7%, 可逆容量由345.5 mAh/g提高至379.8 mAh/g。且其循环性能与倍率放电性能均得到有效改善, 同时石墨的嵌锂电位略有提高, 锂离子从石墨中脱出更容易, 电化学可逆性提高。分析是由于微扩层后石墨负极材料脱嵌锂反应的活化能降低所致。     

纳米CuO/Cu负极材料的热氧化制备及其结构和电化学性能

采用纳米铜粉为原材料,通过直接在空气气氛中氧化的方法制备了含有微量Cu的纳米CuO/Cu复合材料作为锂离子电池负极材料。采用XRD、SEM、TEM等材料结构分析方法和恒电流充放电测试技术对在250～500℃不同氧化温度下获得产物的结构和电化学性能进行研究。研究结果表明,在250～500℃下氧化4小时,纳米Cu粉基本氧化为CuO,其含量在94wt.%以上,并保持初始Cu粉的纳米尺寸。经250～450℃氧化的产物中有微量的Cu(3～4wt.%)保留下来,而500℃氧化的样品中未发现有Cu。用该方法制备的纳米CuO/Cu作为锂离子电池负极材料表现出良好的循环稳定性,其中,经450℃氧化的材料表现出最高的循环稳定性。经8个循环活化后,容量达到423mAh/g,经80次循环后,容量保持有377mAh/g,容量保持率接近90%。     

硅/石墨负极中硅的体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响

将电阻率为1Ω·cm、0.1Ω·cm、0.01Ω·cm、0.001Ω·cm的n型掺杂硅片以及电阻率为1Ω·cm、0.001Ω·cm的p型掺杂硅片球磨制成6种硅粉,并分别将其与石墨按照5∶95的质量比进行混合,用作锂离子电池负极材料并制成扣式电池,通过电化学阻抗谱和倍率性能测试来研究硅材料体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响规律。结果表明,硅材料体电阻率越低,其储锂容量越高,倍率性能越好。电阻率相同时,n型掺杂硅始终比p型掺杂硅具有更大的储锂容量和更好的倍率性能。但是,当p型掺杂硅的电阻率远低于n型掺杂硅时,p型掺杂硅电化学性能更佳。另外,0.001Ω·cm的n型掺杂硅样品具有最佳的充放电比容量和倍率性能,其首次充放电比容量分别为457.7mAh·g~(-1)和543.4mAh·g~(-1)。     

锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

用氧化、复合技术改善锂离子电池负极材料性能

综述了最近几年用氧化、复合技术改善锂离子电池负极材料性能的研究.采用氧化技术,石墨材料的表面结构改善,可逆容量增加,循环性能明显改善;直接制备使用纳米级氧化物,显示出可逆容量大及优良的循环性能和快速充放电能力.采用复合技术,可使碳材料、氧化物材料的结构、可逆容量、循环性能得到改善或提高.氧化技术和复合技术是进一步提高锂离子电池负极材料性能的有效方法.     

锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料的电化学性能

采用湿法混料及高温热解法制备了锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料,并研究了不同配方的复合材料结构及电化学性能。研究发现,硅含量为20%(质量分数)时,复合材料首次可逆容量为865mAh/g,循环30次后仍为757mAh/g,容量保持率可达88%,大大改善了硅基材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。     

真空热处理对石墨涂覆铀表面氧化和电化学腐蚀的影响

为了探讨石墨涂层铀表面经真空热处理后对铀抗蚀性能的影响,通过增重法和电化学方法研究了处理样在100℃和150℃、含有一定量O2和H2O(g)气氛中的抗氧化腐蚀性和50μg/g Cl-溶液中的抗化学介质腐蚀性.抗氧化腐蚀试验表明,当热处理时间(5 h)不变时,在600℃处理要优于在500℃处理.电化学试验表明,处理样品的抗蚀性能与热处理时间(2.5～10.0 h)和温度(500～650℃)有关,且在600℃处理5 h的样品的抗化学介质腐蚀性能最佳.真空热处理可以提高石墨涂层铀表面的抗蚀性能.     

球磨法制备锂金属氮化物及电化学性能研究

采用高能球磨法制备了锂离子电池负极材料锂金属氮化物Li_3-xM_xN(M=Co,Cu等)。制备的锂金属氮化物具有较高的电化学活性和充放电可逆性,可以用作锂离子电池的高容量负极材料。所制备的Li_2.6Co_0.4N前10次循环的脱嵌锂容量高达880mAh·g^-1。Li_2.6Co_0.2Cu_0.2N最初几个循环的脱嵌锂容量为750mAh·g^-1,45次充放电循环后的容量保持率为80％。Li_2.6Co_0.2Fe_0.2N是含有Li_2.6Co_0.4N的两相或多相混合物,40次充放电循环后脱锂容量为560mAh·g^-1,相对第二次脱锂容量的保持率为82％。