Ti0.95Co0.05N/NC复合材料的制备及储锂性能的研究

氮化钛(TiN)因其具有资源丰富、无毒、低成本和高化学稳定性等特点，可作为一种新型、高容量的锂离子电池负极材料。而其较差的离子和电子传导率无法满足高能量密度锂离子电池的需求。因此，本论文通过设计制备出氮掺杂碳材料负载钴(5%)掺杂TiN纳米颗粒(Ti_0.95Co_0.05N/NC),通过调节二聚氰胺(DCDA)加入量调控碳材料的石墨化程度，优化孔结构及其电导率。其中Ti_0.95Co_0.05N/NC-1具有较高的比容量，在100 mA·g^-1电流密度下循环120圈后，比容量仍然高于530 mAh·g^-1。     

氮化钒/纳米硅/碳复合微球的制备及其储锂性能

硅(Si)因拥有高的比容量,资源丰富等优势有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料,但其导电性差和循环过程中体积膨胀严重等缺陷限制了其进一步应用。采用喷雾干燥法,以玉米淀粉、纳米硅和NH₄VO₃作为原料,经碳化与氮化后获得氮化钒/纳米硅/碳复合微球(Si@VN/C)。氮化钒的引入提供了电子/离子快速传输通道,提高了纳米硅的导电率,并使纳米硅保持了良好的结构稳定性。碳层将作为纳米硅颗粒的保护层,避免纳米硅与电解液直接接触,有效缓解纳米硅充放电后的体积膨胀。Si@VN/C展现出良好的循环性能,在0.2 A·g^-1电流密度下循环130圈后容量为818 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1高电流密度下循环300圈后可逆容量仍保持580.5 mAh·g^-1。     

废旧锂离子电池负极材料回收再生利用研究进展

随着锂离子电池的广泛应用，大量的废旧锂离子电池产量逐年增加，由于负极材料容量较低(≈175 mAh·g^-1)以及需要较高的工作电势，硅负极材料仍然处于研究阶段，所以对大量的退役锂离子电池石墨负极进行高效回收直接再生具有重要的现实意义。为此，本文介绍近年来废旧锂离子电池石墨负极材料回收利用研究现状，分析废旧石墨负极常用回收利用方法优缺点，主要包括火法回收、湿法回收和材料再生等方案，并对废旧锂离子电池石墨负极材料的高效、绿色回收利用进行了展望。     

废旧锂离子电池负极材料资源化回收再利用研究

废旧锂离子电池资源化回收利用研究主要集中在正极材料回收有价金属方面，而对负极材料的回收利用研究较少。废旧负极材料含有锂和石墨，其品位远高于矿石中含量，是极具回收价值的“城市矿山”。本文以硫酸为浸出剂，从废旧负极材料中回收锂资源和石墨。考察了硫酸浓度、固液比、时间、温度对锂浸出效果的影响。研究结果表明，H₂SO₄浓度1.5 mol·L^-1、固液比60 g·L^-1、反应时间40 min和反应温度45℃时，Li的浸出率达到98.5%。酸浸液浓缩除杂后，再制备Li₂CO₃含量为99.1%，达到国标Li₂CO₃-1产品要求。回收的石墨经X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)检测，酸浸后负极材料为纯相层状结构石墨，杂质含量少。将回收的石墨再利用为负极材料时，可逆比容量达到354 mAh·g^-1,30周循环后，可逆比容量仍有347 mAh·g^-1，容量保持率在98%以...     

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...     

镍锰酸锂正极包覆材料研究进展

近年来，锂离子电池(LIB)成为了便携式电子产品和电动汽车(EV)中不可或缺的一部分。LiNi_0.5Mn_1.5O₄(镍锰酸锂简称LNMO)作为正极材料，由于其能量密度可观(650 W·h·kg^-1)、工作电压高(4.7 V)、原材料成本低和安全性能好受到广泛关注。然而，LNMO正极目前存在高温下循环性能差和容量下降的问题。表面包覆技术被认为是一种前景极佳的解决方案。本文从包覆材料以及包覆方法上总结了目前LNMO正极包覆领域的研究进展。     

表面活性剂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料形貌和储锂性能的影响

表面活性剂在材料合成时具有形貌控制方面的重要作用,为提高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的综合电化学性能,本文通过在正极材料前驱体Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂合成过程中加入不同的表面活性剂来控制三元材料的形貌,并对煅烧后所得的高镍三元产物材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂进行形貌和电化学性能分析,结果表明：利用表面活性剂合成的产物材料有着更加规整的形貌和晶体结构稳定性;分别添加十二烷基苯磺酸钠、蔗糖、十六烷基三甲基溴化铵以及聚乙二醇之后,首次充电比容量分别可以达到232.2 mAh·g^-1、248.1 mAh·g^-1、231.3 mAh·g^-1以及216.1 mAh·g^-1,其中十六烷基三甲基溴化铵的...     

钴-氮共掺杂空心碳球提升硒正极电化学性能研究

为了解决传统的硒基复合正极材料导电性差,循环寿命短,倍率性能差,活性物质大量流失的问题。本文采用SiO₂纳米球为模板,N,N’-二水杨醛乙二胺钴为钴源,盐酸多巴胺为氮源和碳源,合成了一种新型的钴-氮共掺杂空心碳球(Co-N-C),并将其作为硒正极宿主材料复合得到Co-N-C/Se复合正极。在0.5C充放电电流密度下,Co-N-C/Se复合正极材料循环200圈后,比容量仍高达238 mAh·g^-1,且经过阶梯放电,在40圈后,2.0C大电流充放电密度下,比容量仍能维持在222 mAh·g^-1。利用导电碳骨架、多样性的化学吸附位点和催化活性位点协同作用成功获得高比容量、大倍率性能及长循环寿命的Li-Se电池。     

PAM基复合水凝胶电解质的制备及其在Zn–MnO2电池中的应用

水系锌离子电池具有低成本、安全、环保等优点，在规模化储能和智能可穿戴方面极具应用前景.提高其循环稳定性以及循环寿命是实现水系锌离子电池进一步应用的关键问题之一.本工作采用二维层状蒙脱土(MMT)和丙烯酰胺单体，通过两步法合成了具有三维网状结构的蒙脱土–聚丙烯酰胺水凝胶电解质(Montmorillonite–polyacrylamide hydrogel,MMT–PAM).蒙脱土的加入为丙烯酰胺单体的原位聚合提供了吸附位点，并通过MMT和PAM高分子链之间的氢键作用显著提高了水凝胶的机械性能，抑制了锌枝晶生长(在0.5 mA·cm^-1电流密度下稳定循环250 h).此外，蒙脱土表面丰富的负电荷为Zn²⁺的快速传输提供更多离子传输通道，提高其离子电导率(室温下为34 mS·cm^-1)，赋予MMT–PAM水凝胶电解质更好的倍率性能和循环稳定性.基于上述优点，组装的水系Zn–MnO₂电池在0.2 A·g^-1的电流密度下提供了289 mA·h·g^-1的比容量，且可稳...     

氧化钨/碳纳米管膜复合负极的制备及其储锂性能

氧化钨(WO₃)因具有较高的理论比容量(693 mAh/g)已成为锂离子电池负极材料的有力候选者。但在电池充放电即锂离子脱/嵌入过程中WO₃会产生较大的体积变化,导致其放电比容量快速衰减,故对其循环稳定性研究仍是热点之一。文中采用水热法和喷涂法分别在碳纳米管膜(CMF)基底上成功合成了水热型-氧化钨/碳纳米管膜(H-WO₃/CMF)和喷涂型-氧化钨/碳纳米管膜(S-WO₃/CMF)复合电极。XRD测试结果显示H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF中的WO₃分别属于单斜相和六方相。将H-WO₃/CMF和S-WO₃/CMF分别组装成扣式电池进行电化学性能测试,结果表明H-WO₃/CMF的首次放电比容量高于S-WO₃/CMF。当H-WO₃/CMF以0.2 C倍率循环时,第1圈放电比容量达到635 mAh/g,循环50圈时放电比容量为510 mAh/g,仍有上升趋势; S-WO₃/CMF在0.2 C倍率下循环时,第1圈放电比容量仅为515 mAh/g,在后续循环过程中容量衰减较快。交流阻抗测试结果显示H-WO₃/CMF的导电性高于S-WO₃/CMF。研究结果表明:H-WO₃/CMF作为锂离子电池负极,有望提升WO₃的电化学稳定性。      

多孔碳涂覆层对高硫载量电极的改性研究

锂硫电池具有能量密度高、对环境友好,原材料廉价等优势,有望成为下一代最有发展潜力的动力电池之一。但锂硫电池的库伦效率低、循环性能差是制约了其实用化的主要障碍。通过在高硫载量硫/碳(S/SP(super-P)/CNT(carbon rano tube),硫载量为90%)电极的表面涂覆一层非活性物质层(多孔碳层),制备了带涂覆层的S/SP/CNT复合电极(C-S/SP/CNT复合电极)。采用热重(TGA)方法分析了S/SP/CNT复合材料中硫的含量。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对复合电极(C-S/SP/CNT)循环前后的表面形貌进行了表征。结果表明, S/SP/CNT复合材料中硫含量高达90%,循环100周后电极的表面没有明显的团聚现象。碳多孔层不但能够物理吸附充放电过程中溶解在电解液中的多硫化物,抑制穿梭效应,且其良好的导电能力,能进一步提高电极的导电性能,增加电极反应的活性位点。采用恒流放电的方法对复合电极的电化学性能进行了测试。C-S/SP/CNT复合电极的首次放电容量达1192.3 mAh·g~(-1),循环300周后的可逆容量仍有442.9 mAh·g~(-1),表现出良好的循环性能。     

掺杂Ba2+的锂镍钴复合氧化物合成及电化学性质

以LiOH, NiO, Co2O3, Ba(OH)2为原料, 利用流变相反应法制备前驱物(优点是反应体积小, 原料混合得比较均匀, 在反应过程中金属元素的原始比例能够保持不变), 然后在空气中灼烧,合成了掺杂钡离子的锂镍钴复合氧化物锂离子电池正极材料. 用ICP-AES,SEM,粉末X射线衍射法表征了该复合氧化物的组成和结构. 用模拟充放电系统,在100 mA·g-1的恒定电流密度下测定其充放电性质, 第二周放电比容量高达192 mAh·g-1, 循环50周后放电比容量还有158 mAh·g-1,容量保持在83%.     

静电纺丝法制备钴酸镍及其电化学性能试验研究

研究了采用静电纺丝法制备NiCo₂O₄纳米纤维前驱体，并将煅烧后的NiCo₂O₄纤维用作锂离子电池负极材料，考察了其电化学性能。结果表明：质量比2∶1的Co(NO₃)₂和Ni(NO₃)₂经电纺可制备出直径约400 nm的NiCo₂O₄纳米纤维前驱体；以NiCo₂O₄纤维作负极材料的锂离子电池首次放电比容量为1 141 mAh/g, 100次循环后放电比容量约为415 mAh/g;电池内部成分电阻仅为3.77Ω,循环性能稳定。     

Mn掺杂Co0.9Mn0.1P/RGO复合电极材料的合成及其电化学性能

锂离子电池的性能亟待突破瓶颈,当前商用锂离子电池负极材料选用的碳材料容量较低,本文合成制备了一种Mn掺杂石墨烯负载的Co_(0.9)Mn_(0.1)P/RGO复合材料,该材料用于锂离子电池表现出优异的电化学性能。在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量达到1 250 mAh/g,首次充电比容量为795 mAh/g,充放电效率63.6%。在800 mA/g电流密度下,循环500次,放电比容量仍然达到367 mAh/g。     

石墨烯复合导电剂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2动力学及电化学性能的影响

采用循环伏安、交流阻抗法对添加导电炭黑(SP)和导电炭黑复合石墨烯(SP+G)的两组不同导电剂,与LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂组装成的电池进行锂离子脱嵌动力学研究,通过计算锂离子扩散系数探究不同导电剂对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子脱嵌动力学的影响。电化学性能测试表明,添加单一导电剂SP和复合导电剂SP+G的首次放电比容量分别为166、184 mAh/g,添加复合导电剂SP+G的放电比容量显著提升。      

钴硫化物作为二次电池负极材料的合成及电化学性能的研究进展

锂离子电池(LIB)和钠离子电池(SIB)发展迅猛,在储能领域中被广泛研究.为了满足大规模的系统应用,其能量和功率密度还需进一步提高,其中,负极材料作为电池的重要组成部分,被认为是电池容量的主要提供者,而现商业化的石墨负极材料由于其低的理论容量(372 mAh·g-1),已难以满足当下能量密度的需要,因此迫切需要开发新...     

锂硫电池过渡金属磷化物复合正极材料研究概述

低碳、环保、高效是21世纪社会发展的主旋律。原材料廉价易得的锂硫(Li-S)电池因其超高能量密度(2 500 Wh·kg^-1)而受到能源转化与储备设备研究者的瞩目。然而，锂硫电池绝缘的活性物质与循环过程中不可避免的穿梭效应导致其反应动力学缓慢，进而造成包括循环倍率能力较差与库伦效率低下在内的诸多问题。研究人员现已发现了具有良好电导率且对多硫化物(LiPSs)具有吸附转化双重能力的过渡金属磷化物(TMPs)。本文将重点介绍运用在锂硫电池正极的不同过渡金属磷化物材料的设计合成方法与电化学性能提升研究相关进展，并对该类材料的未来发展进行展望。     

锂硫电池研究进展

锂硫电池(LSB)凭借其超高的能量密度(2 600 Wh·kg^-1),被认为是下一代储能系统的潜在候选者之一。然而，目前LSB的实际应用受到了多硫化锂(LiPSs)穿梭效应、电解质连续分解和锂枝晶生长等问题的限制。这些挑战主要与正极结构框架、锂负极的反应性以及在电极-电解质界面发生的氧化还原反应有关。设计良好的正极结构、新型电解质的开发和负极保护已被陆续研究，以期改善LSB的电化学性能。在本文中，将系统地讨论克服LSB挑战的相关研究进展，如正极硫载体设计和制备、新型电解质的开发、隔膜的改性/功能层插层设计、锂负极的保护及LSB产业化方面的最新研究进展。最后，为LSB的实际应用提出总结和展望。     

锂离子电池隔膜物理及电化学性能评价及对比

对目前被广泛使用的聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜和氧化铝涂覆聚乙烯隔膜的物理性能和电化学性能进行了详细的分析对比.研究表明：氧化铝涂覆聚乙烯隔膜相比于其他三种隔膜，除拉伸强度略低于聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜外，在耐穿刺性、热稳定性、润湿性及离子电导率等方面均具有更突出的性能.其穿刺强度达到了426.91 N·mm^-1，并且在140℃下热处理1 h基本没有热收缩.氧化铝颗粒的亲水性提高了隔膜与电解液之间的润湿性，使得隔膜具有优异的离子电导率(0.719 mS·cm^-1)，并且100次循环后容量保持率为91.19%，优于聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜.表明氧化铝涂覆聚乙烯隔膜与其他三种隔膜相比在长循环、高功率和高安全性的锂离子电池中具有最好的应用前景.     

电极孔隙结构对高比容量硅/碳负极性能的影响

通过控制高比容量硅碳负极(1100 mAh·g~(-1))极片压实密度、引入不同尺寸的造孔剂,构筑电极的孔隙结构。采用压汞法(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,研究极片的孔隙率、孔径大小和孔径分布对高比容量硅碳负极电化学性能的影响。结果表明:当电极的孔隙率控制在46.2%时,高比容量硅碳负极电极的循环性能较优,循环50周后仍保持765 mAh·g~(-1)的可逆比容量。进一步通过引入不同尺寸的造孔剂碳酸铵((NH_4)_2CO_3),优化电极的孔径大小和分布。当造孔剂碳酸铵的颗粒尺寸分布在10μm左右、添加量为10%(质量分数)时,构筑的高比容量硅碳负极电极的循环性能较优,循环50周后仍保持955.7 mAh·g~(-1)的可逆比容量,大大提升了电极的循环稳定性;通过孔隙结构的控制,电极保持较好的倍率性能,1.0C倍率下仍保持1032.6 mAh·g~(-1)的较高可逆比容量。将利用造孔剂优化过孔隙结构后的高容量硅碳负极应用于2安时软包装锂离子电池中,电池的循环稳定性和倍率性能的得到了明显的提升。