预嵌锂多壁碳纳米管的性能

使用稳定锂金属粉末(SLMP)/多壁碳纳米管(MWCNTs)作为负极、以活性炭(AC)作为正极组装锂离子电容器,研究其电化学性能。根据恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究了预嵌锂前后锂离子电容器的电化学性能。结果表明,嵌入适量的SLMP可消除碳纳米管大部分固有的不可逆容量并提高电容器的电化学性能。这种电容器具有较高的能量密度、功率密度和优异的循环性能。电流密度为0.05 A/g时预嵌锂碳纳米管锂离子电容器的比电容达到85.18 F/g,电流密度为0.05~4 A/g时最大能量密度和最大功率密度分别为140.4 Wh/kg和5.25 KW/kg,经过3000次循环后容量保持率仍约为82%。     

碳纳米管改性锰酸锂电化学性能的研究

以多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)为主要添加相,协同超导乙炔炭黑(SP),对锰酸锂进行电化学改性。对MWCNTs进行预处理,采用扫描电子显微镜观察MWCNTs的微观形貌。掺杂不同质量比的导电剂,制成电池并以恒流充放电方法测试其电化学性能。结果表明,碳包覆后电池的初始充放电比容量都有所下降,掺入1%(质量分数,下同)MWCNTs后的LiMn2O4的首次充放电效率为96.51%,不可逆容量最小,初始放电比容量为116.42mAh/g,经20次循环后容量保持率仍达96.2%,使用复合碳源掺杂时,当m(MWCNTs)∶m(SP)=1∶2时,首次充放电效率达96.67%,不可逆容量最小,初始放电比容量为119.37 mAh/g,且掺杂2%MWCNTs的效果要略好于掺入2%SP。     

以预锂化多壁碳纳米管为负极的锂离子电容器性能

采用内部短路方式对多壁碳纳米管负极进行不同程度的预嵌锂处理,预嵌锂时间为5,30,60min,以预嵌锂多壁碳纳米管极片作为负极,活性炭极片作为正极,组装成锂离子电容器。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多壁碳纳米管及电极极片进行表征分析,采用恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究预嵌锂多壁碳纳米管负极和未预嵌锂处理多壁碳纳米管负极锂离子电容器的性能。电化学测试结果表明,多壁碳纳米管负极预嵌锂大幅提高了电容器充放电性能,对比未嵌锂多壁碳纳米管电容器,在相同的电流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。预嵌锂60min,电流密度100mA/g时,其比容量达到57F/g。在电流密度为100～3200mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到90Wh/kg,4130W/kg。1000次充放电循环后,容量保持率维持在85%以上,表现出良好的超级电容器性能。     

锰酸锂改性及其电化学性能研究

以多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)为添加相,对锰酸锂进行电化学性能改进,采用扫描电子显微镜对其进行观察,发现掺入的多壁碳纳米管均匀分布在锰酸锂颗粒表面。以改性后的锰酸锂为主要材料制成纽扣电池,采用交流阻抗及恒电流充放电等技术进行检测。结果表明,掺入1%MWCNTs后LiMn2O4的初始放电容量由改性前的123mAh/g下降到改性后的117mAh/g,在25℃经10次循环后容量保持率为97%,明显高于未掺入的91%。与未掺杂的LiMn2O4相比,虽然掺C或掺CNTs都使初始充放电容量有所降低,但是其循环性能明显提高。     

锂离子电池正极材料Li[Ni_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)]O_2的合成新方法

采用溶胶-凝胶法在球形Ni(OH)2颗粒表面包覆钴、锰氧化物,合成了核壳结构的镍钴锰酸锂复合正极材料Li[Ni0.92Co0.04Mn0.04]O2。用X射线衍射、扫描电镜、恒电流充放电测试等方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行了表征。结果表明,与镍酸锂材料相比,该镍酸锂复合正极材料表现出了较高的比容量,较好的循环稳定性及更好的安全性。     

钴镍掺杂锰酸锂的电化学性能研究

采用固相烧结法分别制备了钴掺杂和镍掺杂锰酸锂锂离子电池正极材料,同时制备了纯相锰酸锂进行比较.用电感耦合等离子发射光谱仪、X射线衍射仪、电子扫描电镜和电池性能测试系统对产物的组成、结构特征、微观表面形貌和恒流充放电性能进行了表征.结果表明:所制备的掺杂锰酸锂LiMn0.9 Ni0.1O2、LiMn0.9 Co0.1O2的结晶度高,无杂质相,材料颗粒的粒径均匀、表面光滑;首次放电比容量分别为114.7mAh/g和110.8mAh/g(0.5mA/cm,2.8~4.4V,vs.Li+/Li);50次循环后,放电比容量为107.2mAh/g和103.3mAh/g,50次循环比容量保持率分别达到94.1%和95.4%.     

聚吡咯/磷酸亚铁锂复合正极材料的电化学性能

通过化学氧化聚合方法制备了聚吡咯/磷酸亚铁锂(PPY/LiFePO4)复合材料,以此作为锂离子电池的正极活性物质,进行恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试。实验结果表明,PPY/LiFePO4复合材料具有较好的电化学性能,以0.2C放电时放电比容量可达150.8 mAh/g,20次循环之后容量为初始容量的92.5%,循环性能良好。     

石墨烯改性富锂镍钴锰酸锂正极材料的制备及表征

作为一种新型层状材料,富锂镍钴锰酸锂具有良好的应用前景,然而其存在一定的结构缺陷和性能差异。尝试使用石墨烯对富锂镍钴锰酸锂材料进行改性,得到性能优良的锂离子电池正极材料,并采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜等谱学技术以及恒电流充放电技术对改性后的材料进行了表征与测试。结果显示,该材料粒径较小且分布均匀,具有良好的充放电比容量(分别为251.7mAh/g和164.5mAh/g),和优良的循环稳定性。     

铝掺杂的富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2的合成及电化学性能研究

用共沉淀法合成了用铝掺杂的铁部分取代锰的富锂正极材料Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2。采用XRD、SEM、电化学测试等方法对样品进行表征。结果表明,与Li[Li0.2Mn0.45Fe0.35]O2相比,Li[Li0.2Mn0.4Fe0.3Al0.1]O2具有较好的电化学性能,其初始容量达到241mAh/g左右,经50次充放电循环后,容量衰减率在7%左右。     

石墨烯负载金属钌用于锂-空气电池的正极材料

通过溶液法制备钌/石墨烯(Ru/G)复合材料,用作锂-空气电池的正极材料。通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)研究了锂-空气电池的电化学性能。结果表明:Ru/G复合材料作为锂-空气电池的正极材料,明显提高了氧化还原反应的催化活性,改善了电化学反应性能。在电流密度为500mA·g-1时,首次充放电比容量分别为13136mAh·g-1和13578mAh·g-1,充放电的过电位降低了约0.35V。当固定充放电比容量为1000mAh·g-1,采用恒流充放电模式,可稳定循环30次。     

恒功率工况对锂离子电池循环性能的影响

为掌握锂离子电池在恒功率充放电工况下的运行特性,并探究该充放电方式对电池循环性能的影响,对磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和锰酸锂电池进行3 h时率恒流恒压充电/恒流放电和恒功率充放电测试,对比分析了两种工况下电池的容量、能量、效率等性能参数。结果表明在3 h充放电倍率下,恒功率充放电工况对磷酸铁锂电池和锰酸锂电池的循环性能并未产生显著的不良影响。经过100次循环后,两种工况下磷酸铁锂扣式电池均表现出超过90%的容量保持率;商品磷酸铁锂电池容量和能量保持率则均超过99%,能量效率达95%。但是,相比于恒流恒压工况,磷酸铁锂电池在恒功率工况下释放的容量、能量略低。锰酸锂电池在两种工况下的容量和能量性能高度重合,但衰减都比较快,100次循环后的容量保持率仅为81.7%。对于钴酸锂电池,恒功率工况显著加剧了其容量和能量的衰减速度,100次循环后能量保持率仅为55.5%,远低于恒流恒压工况下的75.2%。     

富锂正极材料Li1+x[Ni0.36Mn0.64]1-xO2的制备及电化学性能研究

采用氢氧化物共沉淀-高温固相焙烧法合成了富锂正极材料Li1+x[Ni0.36Mn0.64]1-xO2(x=0.12,0.15,0.18,0.2)。采用XRD表征其结构,SEM表征其形貌,恒电流充放电和循环伏安测试其电化学性能。其中,XRD结果表明各样品都具有α-NaFeO2型层状结构。结果表明:室温下以30mA/g的电流密度,在4.6~2.75V的电压范围内充放电,x=0.15的首次放电比容量为237.9mAh/g,经50次循环后容量保持率为98%。研究发现,层状富锂镍锰正极材料中的Li2MnO3组分在充放电过程中会逐渐向尖晶石相转变,这是容量衰减的主要原因。     

非对称电化学电容器用新型Li4Ti5O12的制备与研究

采用新的溶胶凝胶工艺,即在溶胶中加入活性炭与柠檬酸、聚乙烯醇和聚乙二醇等添加剂,制得具有尖晶石结构的新型准纳米晶Li4Ti5O12.测试表明,加入活性炭和聚乙二醇制备出的材料性能最优异,首次嵌脱锂效率可达99.2%,20mA/g电流条件下的可逆嵌锂容量为122.1mAh/g,嵌脱锂平台非常稳定.将其制成嵌锂电极后与活性炭电极构成新型的Li4Ti5O12/AC非对称电化学电容器.电化学测试表明,在20mA/g电流条件下,其Li4Ti5O12电极比电容量为103.5mAh/g,充放电效率达96%,充放电曲线的对称性、线性保持较好,电容器内阻小,大电流充放电性能突出.     

高温热处理对水热离子交换法制备钛酸锂纳米棒的结构和性能影响

采用水热离子交换法制备钛酸锂纳米棒, 用热重法(TG)分析钛酸锂在热处理过程中的重量损失, 用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)测试水热反应温度(150和180℃)和高温热处理(600、750和900℃)对钛酸锂结构的影响, 用恒流充放电法和循环伏安法对钛酸锂进行电化学性能评价. 结果表明, P25与NaOH在180℃水热反应并经过H⁺与Li⁺交换, 热处理后可以得到纳米棒状钛酸锂, 热处理温度为750℃时, 初始放电比容量为164 mAh/g, 在电压为1.5V左右有明显的充放电电压平台, 50次充放电循环后比容量保持率达98.33%, 表现出良好的电化学性能.     

复合熔盐法合成Li4Ti5O12及其电化学性能研究

采用LiOH-LiNO3复合熔盐合成锂离子电池负极材料尖晶石结构Li4Ti5O12,应用XRD、SEM、CV以及恒流充放电测试等手段对所合成材料进行了结构表征和性能测试.结果表明,当反应物中n(Li):n(Ti)=4时合成的样品为纯的尖晶石相Li4Ti5O12,合成所需时间短、熔盐比例低.以电流密度15mA/g进行恒流充放电测试,其首次放电比容量为164.4mAh/g,电压平台宽,平台电压为1.55V.循环15周后放电比容量为156.7mAh/g,容量保持率为95.3%,循环性能优良.     

石墨烯/锂金属复合材料的制备和电化学性能

对于高能量密度锂金属电池体系,安全、稳定的锂负极材料是关键。采用微波还原、热还原和机械剥离方法制备了3种具有不同形貌结构的石墨烯,并通过压制和叠层工艺,制备出石墨烯/锂金属复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和N₂吸脱附曲线分析了不同石墨烯材料的形貌、组成、结构以及石墨烯/锂金属复合材料的形貌。同时采用Li||Li对称电池和LiFeO₄全电池,评价了石墨烯/锂金属复合材料作为负极的电化学性能。结果表明,石墨烯/锂金属复合材料具有层状结构,在微波还原石墨烯(MRGO)、热还原石墨烯(RGO)和机械剥离石墨烯(EG)中,MRGO最适用于改性金属锂,叠层3次得到的4MRGO/3Li复合材料具有最优的电化学性能。基于4MRGO/3Li的Li||Li对称电池在9.9 mV左右的极化电压下稳定循环1200圈,相对于纯锂金属,极化电压降低10.6 mV,安全性和稳定性大大提升。以4MRGO/3Li复合材料为负极的LiFeO₄全电池稳定循环800圈后,放电容量保持为156 mAh/g。     

水体系自组装法制备钛酸锂纳米负极材料研究

以偏钛酸粉末作为钛源,制备钛酸锂(Li4Ti5O12)纳米材料,Li4Ti5O12由含锂过氧化钛配合物分解自组装后经煅烧结晶而得。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附和恒流充放电测试对材料结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明:水体系下,锂钛摩尔比为4∶5、于600℃煅烧5h得到的Li4Ti5O12纳米球颗粒粒径在500nm左右,且具有丰富的孔隙,比表面积达到22.947m2/g;在电流密度4000mA/g条件下,比容量为157mAh/g,电流密度500mA/g下循环400次放电容量保持率为95.2%。表明水体系自组装形成的Li4Ti5O12纳米负极材料可以缩短锂离子迁移距离,其多孔性可以增大电解液与电极活性材料的接触面积,使离子电子传输速率同时得到提高,从而获得优异的电化学性能。     

类单晶正极材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的制备与表征

采用共沉淀-高温固相法制备了类单晶正极材料镍钴锰酸锂(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)。通过XRD、SEM、恒流充放电测试等对合成样品的结构、形貌及电化学性能进行了测试与表征。结果表明,该样品具有良好的α-NaFeO2层状结构,形貌为类单晶,并显示出良好的电化学性能。在3.0~4.2V电压区间内,软包全电池0.2C的放电比容量可达162.2mAh/g;45℃下1C倍率循环412周后,其容量保持率仍有83.84%。     

掺杂型固态电解质Li1.4Al0.4ZrxTi1.6-x(PO4)3的制备及其在锂硫电池中的应用

以LiNO_3、Al(NO_3)_3、ZrO(NO_3)_2、NH_4H_2PO_4、Ti(OC_4H_9)_4为原料,采用修饰的溶胶凝胶法制备出NASICON型固态电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3(LAZTP),通过烧结得到固态电解质片。研究了Zr~(4+)掺杂取代Ti~(4+)对固态电解质性能的影响。分别采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、电化学阻抗谱(EIS)表征了固态电解质的结构和电化学性能。结果表明,固体电解质Li_(1.4)Al_(0.4)Zr_xTi_(1.6-x)(PO_4)_3在掺Zr量为x=0.1时具有最高的纯度、好的致密度(98%)和高的离子电导率(体电导率和总电导率分别为2.8×10~(-3)S/cm、1.4×10~(-3)S/cm)。将该样品用作锂硫电池的电解质并采用恒流充放电法测试电池的电化学性能,电池在50mA/g的电流密度下首次可逆容量为1187mAh/g,循环40次后可逆容量仍达990mAh/g,显示出比液态锂硫电池更好的充放电性能和循环稳定性。     

简易制备中空微球锰酸锂的方法及性能研究

通过多层核壳结构的γ-MnO2成功制备了一种由尖晶石单晶组合而成的空心球形尖晶石锰酸锂正极材料,所制备的样品采用X射线衍射、扫描电镜进行了表征,并进一步通过循环伏安、交流阻抗以及恒电流充放电对其电化学性能进行了研究。结果表明,所合成的空心球形锰酸锂颗粒大小均匀,平均直径在8μm左右,由结晶良好的尖晶石八面体单晶组成。电性能测试结果表明,空心球形尖晶石锰酸锂具有高比容量、高倍率以及优异的循环性能。在3.3～4.3V电压范围、0.2C下的首次放电比容量高达145.9mAh/g,50次循环后的容量保持率为95.9%,10C时的首次放电比容量仍为113.3mAh/g,100次循环后的容量保持率达95.5%。