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。     

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。     

锂离子电池锡基负极材料的改性及研究进展

随着社会的发展,具有较低理论比容量的碳材料(372mAh·g~(-1))作为锂离子电池负极材料已经不能充分满足人们对高容量锂离子电池日益增长的需要。锡基材料具有远高于碳材料的理论比容量以及安全性能,成为下一代锂离子电池负极材料的理想材料。本文综述了近年来研究者们对于锡基材料进行的改性策略和研究进展,并对锡基负极材料的发展前景进行了总结和展望。     

磷掺杂葵花盘基活性炭在锂离子电池负极材料中的应用

通过简单水热和活化方法制备磷掺杂葵花盘基活性炭,采用SEM,TEM,BET,Raman,XRD等方法对材料进行表征,将其用作锂离子电池负极材料。结果表明,活性炭材料用作锂离子电池负极材料时比容量高,库伦效率好,循环性能稳定。在500 mA/g的电流密度下,首圈充电容量达1052 mAh/g,库伦效率为48.9%。经200次循环后,容量仍保持在1000 mAh/g以上。     

锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池因其能量密度大、比容量高、使用寿命长等优点,已成为广泛应用的储电设备。随着新能源汽车市场的强劲发展,要求作为动力电池的锂离子电池性能进一步提升,而正极材料是锂离子电池最为重要的组成部分,开发研究性能更好、比容量更高的正极材料是进一步提高锂离子电池能量密度的关键,目前,研究的锂离子电池正极材料主要有锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物及锂铁化合物等。本文对主要的锂离子正极材料研究应用现状进行了探讨分析,对其发展趋势进行了预测,可为锂离子电池的深入研究提供一定的参考借鉴。     

正极材料五氧化二钒常规改性的研究进展

锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、和环境友好性等优点,已被广泛应用于便携式电子产品及小型电动交通工具中,在大型动力电源及电站储能系统中已有成功应用的实例。锂离子电池正极材料作为锂离子电池的重要组成部分,其性能的高低决定了电池整体性能的发挥,多年来一直是科学界及工程界的热点研究领域之一。相比于众多正极体系,钒基正极材料因能脱/嵌更多的锂离子而具有相对较高的理论比容量[以正交型五氧化二钒(V_2O_5)为例,其最高理论比容量为442mAh/g],生产成本也相对较低,在大功率动力电池、大型储电站等领域具有重要的潜在应用价值。从形貌控制、离子掺杂及复合高导电材料三个方面综述了近年来关于V_2O_5正极材料体系的研究,并对发展趋势进行了分析与展望。     

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。     

纳米氢氧化镍制备的最新进展

纳米材料由于其颗粒较小,因此其性能和常规材料相比有较大的改变.随着纳米材料科学技术的迅猛发展,纳米材料的研究逐渐扩展到化学电源领域.氢氧化镍作为Ni-MH二次电池的主要正极活性材料,对电池的容量和寿命起着关键性的作用.但是目前传统方法制备的氢氧化镍容量较低,远没有达到其理论值.随着将纳米材料制备技术引入到氢氧化镍的合成,使其比容量有了质的提升,合成纳米氢氧化镍也成为研究的热点.介绍了纳米材料的一般性知识,同时阐述了纳米氢氧化镍作为Ni-MH电池的正极活性材料所具有的特性和制备方法上的最新进展,以及在制备和应用方面出现的一些问题.     

黑磷基储钠负极材料的研究进展

钠离子电池被认为是商业化锂离子电池最有前景的替代品而受到了极大关注。然而,嵌入型碳基负极材料的固有低比容量导致相对低的能量密度,极大地限制了其未来的应用。研究新型电极材料是研制新一代钠离子电池的基础。目前磷资源丰富,理论比容量高,可用于电池负极材料。综述单一黑磷及黑磷基复合材料作为钠离子电池负极材料的最新研究成果,阐述近几年黑磷基复合材料作为负极在储钠领域的研究进展,分析复合材料的制备及结构形貌对电化学性能的影响等,并展望黑磷基储钠负极材料的未来发展方向。     

高硫石油焦基活性炭的制备及其在二次电池负极材料中的应用

以我国产量较大的山东淄博高硫石油焦为原料,利用KOH活化法,于800℃下通过改变碱焦质量比(质量比为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1)制备得到不同比表面积的高硫石油焦基活性炭(AC-PC-X),利用比表面积分析仪对其孔结构进行了分析,并进一步利用水热法担载Mn₃O₄制备得到AC-PC-X/Mn₃O₄复合材料,分别将AC-PC-X/Mn₃O₄和高硫石油焦基活性炭作为二次电池负极材料分别应用于锂离子电池和钾离子电池中,利用JSM-7001F型热场发射扫描电子显微镜和JEM-2100F型场发射透射电子显微镜观察了负极材料的微观形貌,以及利用LAND CT2001A型电池测试系统和CHI660D型电化学工作站考察了负极材料的性能。结果表明:不同碱焦质量比条件下制备得到的高硫石油焦基活性炭均以微孔结构为主,比表面积随碱焦质量比的增加而增大;碱焦质量比为3∶1时制备得到的高硫石油焦基活性炭(AC-PC-3,比表面积为996m²/g)表现出最佳的长期循环稳定性,比表面积过大或过小的高硫石油焦基活性炭的电化学稳定性均不如ACPC-3的电化学稳定性。在锂离子电池中,AC-PC-3/Mn₃O₄在初始循环中的比容量为907mAh/g,但其循环容量衰减较慢,120次充/放电循环后其稳定比容量为400mAh/g;在钾离子电池中,ACPC-3在500次循环后比容量几乎没有衰减,稳定在95mAh/g。     

锂离子电容器碳正极材料的研究进展

锂离子电容器是一种采用电容型正极材料、电池型负极材料进行组装的储能器件,结合了锂离子电池与超级电容器两者的优点,兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命。但是由于锂离子电容器还存在正负极动力学过程以及容量不匹配的问题,大大影响了锂离子电容器的电化学性能。通常锂离子电容器的功率密度取决于负极材料,而能量密度取决于正极材料,因此为提高锂离子电容器的能量密度,还需发展具有高比容量和高导电性的正极材料。目前,碳材料因具有低成本、来源广泛、高比表面积和丰富的孔道结构等特点,是一种极具应用潜力的电极材料。综述并分析了各种碳材料(包括活性炭、模板炭、石墨烯和生物炭等)作为锂离子电容器正极材料的电化学性能与优缺点,最后对锂离子电容器正极材料的研究提出了建议与展望。     

Low-cost carbon-silicon nanocomposite anodes for lithium ion batteries

The specific energy of the existing lithium ion battery cells is limited because intercalation electrodes made of activated carbon (AC) materials have limited lithium ion storage capacities. Carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers are the most sought alternatives to replace AC materials but their synthesis cost makes them highly prohibitive. Silicon has recently emerged as a strong candidate to replace existing graphite anodes due to its inherently large specific capacity and low working potential. However, pure silicon electrodes have shown poor mechanical integrity due to the dramatic expansion of the material during battery operation. This results in high irreversible capacity and short cycle life. We report on the synthesis and use of carbon and hybrid carbon-silicon nanostructures made by a simplified thermo-mechanical milling process to produce low-cost high-energy lithium ion battery anodes. Our work is based on an abundant, cost-effective, and easy-to-launch source of carbon soot having amorphous nature in combination with scrap silicon with crystalline nature. The carbon soot is transformed in situ into graphene and graphitic carbon during mechanical milling leading to superior elastic properties. Micro-Raman mapping shows a well-dispersed microstructure for both carbon and silicon. The fabricated composites are used for battery anodes, and the results are compared with commercial anodes from MTI Corporation. The anodes are integrated in batteries and tested; the results are compared to those seen in commercial batteries. For quick laboratory assessment, all electrochemical cells were fabricated under available environment conditions and they were tested at room temperature. Initial electrochemical analysis results on specific capacity, efficiency, and cyclability in comparison to currently available AC counterpart are promising to advance cost-effective commercial lithium ion battery technology. The electrochemical performance observed for carbon soot material is very interesting given the fact that its production cost is away cheaper than activated carbon. The cost of activated carbon is about $15/kg whereas the cost to manufacture carbon soot as a by-product from large-scale milling of abundant graphite is about $1/kg. Additionally, here, we propose a method that is environmentally friendly with strong potential for industrialization.     

中间相炭微球在锂离子电池负极材料的应用进展

中间相炭微球(MCMB)具有良好锂离子扩散性、导电性和机械稳定性等优势,是目前应用广泛、综合性能优异的锂离子电池负极材料,但较低理论比容量是制约其发展的关键因素。为了获得性能优良的MCMB基锂离子电池负极材料,改性修饰和复合材料已然成为目前研发重点。笔者论述了碳结构、表界面和复合材料等微观结构设计对MCMB负极材料电化学性能的影响。从碳堆积结构类型、有序性、层间距以及球体粒径大小等方面,论述了碳结构微观设计对MCMB电化学性能的影响。发现具有乱层结构的MCMB在充放电过程中内部产生应力较小,且碳结构较稳定,具有优异循环稳定性;内部具有大量微孔或碳层间距较大的MCMB,在充放电过程中可提高锂离子在电极中的迁移速率,并提供更多的储锂空间,一般具有优良的充放电比容量和倍率性能;小粒径MCMB具有较短的锂离子迁移路径和随之增加的比表面积,通常具有较好倍率性能,伴随着可逆比容量和充放电效率的衰减。从表界面碳层改性、包覆和掺杂改性等方面,论述了表界面改性对MCMB电化学性能的影响。表面碳层修饰可增加MCMB与电解液的相容性及其比表面积,提高了与电解液的接触面积及贮锂容量,改善了锂离子电池负极材料的电化学性能;另外,MCMB表面包覆一层无定型碳,可避免其表面与电解液直接接触,减少电化学副反应的产生,提升其可逆比容量。从碳活性物质复合材料、非碳活性物质复合材料等方面,论述了复合材料微观结构设计对MCMB电化学性能的影响。碳活性物质可降低MCMB内部碳层结构的有序性,减少锂离子嵌入过程中的内部应力,提升MCMB循环稳定性。非碳活性物质诱导MCMB生成更加有序的碳层结构,提高MCMB的比表面积,从而改善MCMB表面与电解液分子的接触能力及其嵌锂性能,有利于提升MCMB负极材料可逆比容量、循环性能和倍率性能。MCMB具有高碳层间距和多缺陷位点等结构特征,有利于钠离子自由脱嵌,应用于钠离子电池时具有良好的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能。MCMB的不规则定向层状结构经活化等处理具有较高比表面积,可应用于超级电容器电极材料。最后提出在高性能锂离子电池电极材料快速发展的需求下,从微观结构角度设计MCMB纳米复合材料将是MCMB负极材料的研究重点。     

Fe掺杂宣纸基碳纤维材料的储锂性能

为了改善目前锂离子电池电极材料的成本高、环境污染等问题,本文提出了一种由植物纤维构成的宣纸直接烧结炭化并对其进行改性之后作为锂离子电池负极材料的方法。通过改变烧结温度和时间,探究宣纸的最佳炭化机制,之后通过简单的溶液法和烧结法掺杂入Fe对宣纸基碳纤维材料进行改性。并通过X射线衍射光谱（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析（EDS）等分析手段对制备的材料进行了表征和对比,结果表明Fe成功均匀掺入到宣纸的原材料中。材料有很强的柔性可直接作为电极使用,结构均匀且稳定,并且在微观结构上,表面较之前呈现出了很多均匀的微孔。通过恒流充放电法分析了所制备宣纸材料作为锂离子电池负极的储锂性能。结果表明,在500mA/g电流密度下锂离子电池容量首圈可达到565.4mA·h/g,当电流密度高达2500mA/g时可逆容量仍然能够保持在124.7mA·h/g;在1000mA/g电流密度下可以保持稳定的长循环至1000圈。     

提高锂离子电池正极材料LiFePO4电导率的方法

橄榄石型结构的LIFePO<,4>作为一种新型的锂离子电池正极材料,具有材料来源广泛、价格便宜、理论比容量高(约170 mAh/g)、热稳定性好、无吸湿性、对环境友好等优点,近年来引起人们的广泛关注,可望成为新一代首选替代LiCoO<,2>的锂离子二次电池正极材料.分析了锂离子电池正极材料橄榄石型LiFePO<,4>的...     

球形磷酸铁锂材料的制备及其18650电池的测试

采用高能球磨和喷雾干燥法制备了球形磷酸铁锂材料LFP-1,并制作18650实装电池,测试电极片的压实密度,同时选择一种商业化磷酸铁锂材料LFP-2作为对比。测试结果显示,2种LFP材料均由平均粒径为300~500 nm的一次颗粒组成,比表面积为13~15 m²/g,碳质量分数为1.5%左右。通过CR2032纽扣型电池充放电测试表明,在0.2C时,LFP-1的比放电容量约为165 mA·h/g,与商业化磷酸铁锂材料LFP-2相近。制备18650电池的结果表明,商业化磷酸铁锂LFP-2材料制备的电极片的最高压实密度可以达到2.52 g/cm³,显著高于实验室制得的磷酸铁锂材料LFP-1的最高压实密度2.25 g/cm³,这可能与材料的颗粒粒度分布不同有关。     

Mixed bi-material electrodes based on LiMn2O4 and activated carbon for hybrid electrochemical energy storage devices

The performance of mixed bi-material electrodes composed of the battery material, LiMn₂O₄, and the electrochemical capacitor material, activated carbon, for hybrid electrochemical energy storage devices is investigated by galvanostatic charge/discharge and pulsed discharge experiments. Both, a high and a low conductivity lithium-containing electrolyte are used. The specific charge of the bi-material electrode is the linear combination of the specific charges of LiMn₂O₄ and activated carbon according to the electrode composition at low discharge rates. Thus, the specific charge of the bi-material electrode falls between the specific charge of the activated carbon electrode and the LiMn₂O₄ battery electrode. The bi-material electrodes have better rate capability than the LiMn₂O₄ battery electrode. For high current pulsed applications the bi-material electrodes typically outperform both the battery and the capacitor electrode.     

掺钴镍酸锂正极材料的研究进展

锂离子电池正极材料钴酸锂的价格昂贵,原料有限,污染性大,有毒性,以及其过充不安全性决定了它不可能在大容量和大功率电池中得到应用.掺钴镍酸锂材料具有较高的比容量,较低的成本,以及对环境无污染等优点成为替代锂离子电池正极材料钴酸锂的理想材料.综述了掺钴镍酸锂材料作为锂离子电池正极材料的制备方法、存在的问题以及解决的思路.同时对该正极材料的未来发展趋势做出了简要的预测.     

焦粉的高附加值利用

评述了煤基焦粉在生产合成气、制备活性炭、焦炭以及作为燃料和锂离子电池阳极材料等方面的研究现状,介绍了纳米炭材料的合成过程及其电化学性能。指出,煤基焦粉是制备锂离子电池阳极材料的理想碳源之一,从焦粉制备锂电池阳极材料是实现焦粉高附加值利用的有效途经。