锂离子电池负极材料石墨烯复合氧化铋的电化学性能研究

通过水热法制备Bi_2O_3-rGO复合物作为高性能锂离子电池负极材料。Bi_2O_3颗粒均匀分布在石墨烯片层中,形成网络结构。Bi_2O_3-rGO复合物负极材料表现出了优异的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下,首次放电比容量为1 438.6 m A·h/g,循环100次后容量为312.1 m A·h/g,高于未包覆的Bi_2O_3粉末(首次放电比容量为1 709.6 m A·h/g,循环100次后容量为47 m A·h/g),且在800 m A/g的电流密度下,容量仍有239.1 m A·h/g。Bi_2O_3-rGO复合物优异的电化学性能主要归因于高的电子导电率、大的比表面积及低程度的结构坍塌。     

金属有机骨架材料制备的多孔炭在锂硫电池中的应用

以水热法制备的镍基金属有机骨架为前驱体,经掺杂改性、高温炭化制得一种表面富含氮原子的多孔炭材料,并与升华硫复合制备硫/炭复合正极材料。利用扫描电镜、比表面分析仪及电化学测试等方法表征材料的结构、形貌和电化学性能。实验结果表明,这种富含N的复合正极材料在电流密度167.5 m A·g~(-1)(0.1 C倍率)下首次放电比容量达到1 218.9 m A·h/g,循环50次后比容量降为560.1 m A·h/g,容量保持率为46%,相较于未掺杂氮的硫/炭复合材料,电化学性能得到显著提高。     

TiO_2/C/BP复合负极材料的制备及其储锂性能研究

为了提高TiO_2负极材料的电化学性能,采用球磨-超声-水热法制备了TiO_2/C/BP复合负极材料,测定了材料的循环放电比容量、倍率性能、循环伏安曲线和交流阻抗。结果表明,二氧化钛掺杂石墨、黑磷后,二氧化钛晶型不受影响,TiO_2/C/BP复合材料颗粒分散性得到改善、交流阻抗减小、导电性明显增强,与纯TiO_2相比,电流密度为100 mA/g,首圈放电比容量由320 mA·h/g提高到502 mA·h/g,第3圈放电比容量由175 mA·h/g提高到335 mA·h/g,经过100次循环后,纯TiO_2的放电比容量降至98 mA·h/g,而TiO_2/C/BP的放电比容量仍维持在255 mA·h/g,放电比容量保持率明显提高,库伦效率的稳定性也得到显著提高。     

金属有机骨架衍生的碳化铁/碳制备及其电化学性能

采用水热法成功地合成了前驱体,并在氮气条件下煅烧得到氮掺杂的碳化铁/碳立方体。通过XRD、BET、 SEM、TEM对目标产物进行了表征,研究了氮掺杂的碳化铁/碳立方体的微观结构、表面形貌。氮掺杂的碳化铁/碳立方体作为锂离子负极材料的电化学测试表明,在200 m A/g的电流密度下首次可逆容量达到889 m A·h/g,循环200次后,容量保持率为88.1%。同时,电流密度从0.1 A/g增加到5 A/g,容量具有一定的衰减,但恢复到0.1 A/g时,容量几乎维持到原来的水平,表明其具有良好的倍率性能。所以,制备的氮掺杂的碳化铁/碳多孔立方体具有较高的比容量、良好的循环性能和广泛的应用前景。     

一步合成ZrO_2表面包覆F、Al共掺尖晶石锰酸锂及其性能研究

采用喷雾干燥法制备了形貌规整、粒径分布均匀的球型前驱体,再通过煅烧制备了包覆改性复合掺杂尖晶石锰酸锂材料,利用X射线衍射(XRD)、激光粒度、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、CV测试、EIS分析、充放电测试对其结构和电化学性能进行表征,并探究了不同二氧化锆包覆质量分数对氟铝共掺杂材料性能的影响。结果表明,当二氧化锆包覆质量分数为3%时,0.1 C倍率首次放电比容量为118.5 m A·h/g,1 C倍率循环260次后放电比容量为98.2 m A·h/g,容量保持率为83.2%,相比未包覆样品的循环性能有较大提升。     

磷化钴/氮磷共掺杂碳复合材料的制备及其储锂性能

金属磷化物在储能方面具有优异的电化学性能。然而磷化物电导率低,体积膨胀严重,易导致材料粉化、脱落,影响电池的电化学性能。因此采用盐模板法制备了三维蜂窝状的磷化钴/氮磷共掺杂碳纳米材料(CoP₂/NPC)。三维多孔的纳米结构有利于离子/电子传输,当电流密度为100 mA/g时,循环100圈后,CoP₂/NPC具有560.1 mA·h/g的比容量,当增大电流密度到5 000 mA/g时,其放电比容量仍具有355.3 mA·h/g的稳定容量。     

Na_3CrV(PO_4)_3@C钠离子电池正极材料的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了NASICON结构Na_3CrV(PO_4)_3@C钠离子电池正极材料,所包覆的碳源为聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)和柠檬酸。通过XRD、Raman、XPS、TGA、SEM等对材料的结构组成和形貌进行表征,同时组装成扣式电池进行电化学性能测试,观察碳包覆对Na_3CrV(PO_4)_3正极材料电化学性能的改善情况。结果表明,碳包覆之后材料的比容量显著提高,当电压范围为1.3～4.3 V时,材料在1 C的倍率下循环100圈后拥有167 m A·h/g的放电比容量,在20 C大倍率下循环500圈后拥有90 m A·h/g的放电比容量。     

铜掺杂碳包覆磷酸铁锂的微波合成及性能研究

研究了铜掺杂碳包覆磷酸铁锂（LiFePO₄）的微波合成。通过X射线衍射（XRD）表征了样品的化学组成和晶体结构,通过扫描电镜（SEM）考察了样品的微观形貌。分别用铜掺杂磷酸铁锂、碳包覆磷酸铁锂、铜掺杂碳包覆磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料,进行了电化学性能测试比较。充放电测试表明,微波合成的铜掺杂碳包覆磷酸铁锂具有良好的充放电性能和循环寿命,首次放电比容量达到145 mA•h/g,循环30次后比容量仍然有143.5 mA•h/g,为初始容量的98.96%,容量几乎无衰减。     

尖晶石锰酸锂的表面包覆改性研究

采用溶胶凝胶法在尖晶石锰酸锂的表面包覆一层二氧化钛,并通过扫描电镜对包覆前后样品的粒径和形貌进行了表征。电化学测试结果表明：二氧化钛包覆层能有效减少锰酸锂和电解液的直接接触,减少锰的溶解,提高材料的电化学稳定性。当二氧化钛包覆量为2%（质量分数）时,样品具有最好的电化学性能,在55 ℃下1 C充放电循环首次放电比容量为111.4 mA·h/g,循环50次后仍具有101.5 mA·h/g的比容量。     

离子液体合成锂离子电池纳米二氧化钛负极材料

在尿素-氯化胆碱离子液体体系中制备锂离子电池纳米二氧化钛负极材料。采用X射线衍射XRD、扫描电镜SEM、比表面BET分析、恒流充放电技术和交流阻抗EIS测试技术对样品结构、形貌和电化学性能进行表征,结果表明所制备的材料具有良好的电化学性能:80℃时合成的样品颗粒最小,具有最大的表面积(52.1 m~2/g),是孔径为11.6 nm的锐钛矿型二氧化钛,该材料在0.5C倍率下首次放电比容量为213.8 m A·h/g,50次循环后容量保持率为89%。     

V_2O_5/石墨烯复合电极材料的制备与储锂性能

采用溶胶-凝胶法制备了V_2O_5/石墨烯复合电极材料。利用SEM、XRD、Raman和TGA表征了其微观结构。结果表明,该复合电极材料是含有质量分数0.55%石墨烯的片状正交相V_2O_5。电化学测试表明,与未复合石墨烯的纯V_2O_5样品相比,V_2O_5/石墨烯复合材料具有更高的储锂活性和优异的大电流放电性能。在200 m A/g的电流密度下,V_2O_5/石墨烯复合材料和纯V_2O_5样品的放电比容量分别为283和253 m A·h/g;当电流密度增加到5 A/g时,V_2O_5/石墨烯复合材料依然保持有150 m A·h/g的放电比容量,而纯V_2O_5样品的放电比容量仅为114 m A·h/g;V_2O_5/石墨烯和纯V_2O_5电极的电荷传递电阻分别为142和293Ω。V_2O_5/石墨烯//Li4Ti5O12全电池测试结果表明,在1.0~2.5 V电压内,循环初期全电池正极材料的放电比容量从110 m A·h/g衰减到96 m A·h/g,随后又出现上升,循环100次后,正极材料的放电比容量稳定在102 m A·h/g,库伦效率接近100%,表明V_2O_5/石墨烯复合电极材料是一种非常有应用前景的锂离子电池电极活性材料。     

LiAlO_2包覆尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

采用超声辅助溶液法在尖晶石Li Mn_2O_4表面包覆LiAlO_2。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电及交流阻抗技术分析合成材料的结构、粒径、形貌及电化学性能。XRD测试结果表明:LiAlO_2包覆Li Mn_2O_4与Li Mn_2O_4的X射线衍射结果相差不大,包覆后的样品仍为尖晶石结构,没有出现杂质相。室温下0.2 C充放电时,包覆0.5%、1%、3%LiAlO_2的LiMn_2O_4首次放电比容量分别为123.3、120.2 m A·h/g和118.7 m A·h/g,低于未包覆Li Mn_2O_4的125.4 m A·h/g,但在1C和5C高倍率下,包覆3%LiAl O_2的Li Mn_2O_4放电比容量分别为107.8 m A·h/g和85.6 m A·h/g,高于未包覆的104.2 m A·h/g和64.1 m A·h/g。室温下以1 C倍率循环50次后,表面包覆3%LiAlO_2的Li Mn_2O_4的容量保持率比未包覆高出2.9%。     

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。     

掺杂与表面包覆对尖晶石型LiMn2O4电化学性能的影响

用固相法制备了Cr3 和F-同时掺杂的尖晶石型LiMn2O4正极材料,并对掺杂材料进行氧化铝表面包覆改性,用扫描电子显微镜和X射线衍射研究了材料的表面形貌和晶体结构,用充放电实验和交流阻抗技术测试了材料的电化学性能。结果表明:LiMn2O4在掺杂Cr3 和F-及表面包覆氧化铝后仍为尖晶石型结构,随掺杂和包覆量的增加,材料首次放电容量降低,但循环性能明显改善,其中未掺杂、掺杂量为0.10和表面包覆0.3%的氧化铝的材料室温首次放电容量分别为125.3 mA·h/g、117.5 mA·h/g和113.7 mA·h/g,循环25次后容量保持率分别为82.7%、91.5%和93.6%,而55℃下25次循环后放电容量及其保持率以表面包覆氧化铝的最佳,分别达到104.2 mA·h/g和92.1%。     

镁离子掺杂磷酸铁锂的制备及其电化学性能

通过简单水热反应制备磷酸铁锂前驱体,并结合后期热处理过程制备了镁离子掺杂碳包覆的磷酸铁锂正极材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征了镁离子掺杂磷酸铁锂的成分、形貌和结构。元素分布结果证明镁离子均匀掺杂在磷酸铁锂材料中。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,镁离子掺杂后的磷酸铁锂材料具有较高的放电比容量（0.1C放电比容量为 160.1 mA·h/g）和优越的倍率性能（20C放电比容量为77.2 mA·h/g）,同时减小了极化和电荷迁移电阻。这条合成路线是提高水热法制备磷酸铁锂正极材料电化学性能的有效方法。     

基于过期废药急支颗粒碳化的锂离子电池氮掺杂碳微球负极材料

通过水热和高温热解碳化联用的方法回收过期废药急支颗粒制备碳微球材料,并研究其微观形貌、元素组成及电化学储锂性能。结果表明:碳微球的平均粒径约为3.5μm,且少量氮元素以原位掺杂的形式保留;即使在高达7 A/g的电流密度循环充/放电500圈时,碳微球电极的可逆充电比容量仍为101 mA?h/g,表现了良好的高倍率充/放电循环稳定性。     

复合溶胶–凝胶一锅法制备锂离子电池氧化亚硅/碳复合负极材料

采用复合溶胶–凝胶法结合后续热处理,制备了具有包埋结构的氧化亚硅/碳(SiO_x/C)复合负极材料。扫描电子显微镜分析结果表明:氧化亚硅纳米颗粒嵌入在无定形碳中。电化学性能测试表明:SiO_x/C复合材料具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。材料在0.1 A/g的电流密度下100次循环后的可逆比容量为710 m A·h/g,容量几乎无衰减;在1.6 A/g的电流密度下,可逆比容量为380 m A·h/g。优异的电化学性能是由于材料的包埋结构能有效地缓冲SiO_x充放电过程中的体积膨胀,保证材料的结构完整性和电化学循环稳定性。     

碳纳米管增强三元材料的电化学性能

以碳纳米管(MWCNTs)代替导电碳黑(SP)添加到镍钴锰(LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2)三元材料,制成正极浆料涂覆于铝箔上并组装成扣式电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行结构和性能表征,通过恒流放电和电化学阻抗(EIS)检测电池的电化学性能。分别对掺杂了0.5%、1.%、2%、5%、10%MWCNTs的三元材料进行电化学性能检测,结果显示,5%MWCNTs的三元材料在0.1C放电时,首次和第30次循环的放电比容量分别达到179m A·h/g和167m A·h/g;对比含5%SP的三元材料,放电比容量分别提升了9.9%和8.4%,循环稳定性和倍率性能大幅度提高。以20MPa压力对极片进行密实处理,电极的电化学性能进一步改善,首次和30次循环放电容量分别达到204m A·h/g和187m A·h/g。     

磷酸铵活化制备N、P共掺杂多孔碳材料及其在储能方面的应用

以悬铃木果絮作为模板,利用磷酸铵高温下分解反应,成功制备了N、P共掺杂的多孔碳材料,研究了其在不同体系下的电化学性能。作为钠离子电池负极时,在0.05A/g电流密度下,所制备材料的容量为239m Ah/g,循环200次之后可保持初始容量的91.6%;同时作为水系超级电容电极时,在电流密度为0.5A/g时,比容量分别可达到205F/g,循环1000圈后,容量保持率分别为94.5%。相比与传统活化得到的样品,所合成的掺杂多孔碳材料表现出更优异的电化学性能,表明磷酸铵活化在制备新型掺杂多孔碳材料方面具有较好的应用前景。     

木耳碳基硫化钴复合材料的制备及电化学性能研究

以木耳制备的均匀溶液为碳源,加入ZIF-67前驱体,通过水热合成和高温煅烧制备氮硫共掺杂的木耳碳与硫化钴多孔片层复合材料（CoS/NSAC）。实验结果表明,该材料具有大的比表面积和高导电性,电化学性能良好。CoS/NSAC在电流密度为0.5 A/g时比容量达到484.8 F/g,在20 A/g高电流密度下循环5 000次容量保持率为78.8%。用该材料组装的非对称超级电容器具有优异的电化学性能,在0.6 A/g电流密度下比容量为154 F/g。当功率密度为362.3 W/kg时,能量密度为7.4 W·h/kg,经过1 800次循环容量保持率为81.95%。