碳纳米管纸/纳米硅复合电极的锂离子电池性能

采用纳米硅和多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料作为活性材料,以纸纤维为基体,MWCNTs为导电剂制得的MWCNTs导电纸代替铜箔集流体应用于硅基锂离子电池。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、恒流放电测试、电化学阻抗对复合材料的形貌和电化学性能进行分析。结果表明,采用MWCNTs导电纸-纳米硅复合的锂离子电池在80mA/g的电流密度下,循环50次后比容量达到约1000mAh/g,在2000mA/g大电流密度下仍保持好的循环稳定性。     

石墨烯桥联碳-聚乙二醇包覆的Si纳米颗粒Li离子电池复合负极材料

Si是一种很有前途的Li离子电池负极材料。为解决其巨大体积形变导致的容量衰退快、循环寿命短等问题,采用简单的搅拌和热还原,利用聚乙二醇衍生的薄碳修饰Si纳米颗粒(C-PEG@Si NPs),并通过石墨烯的桥联来制备具有多级包覆结构的石墨烯桥联C-PEG包覆的Si纳米颗粒(graphene@C-PEG@Si NPs)复合材料。利用SEM、 TEM、 X射线衍射、恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料结构、物相和电化学性能进行分析。C-PEG与石墨烯涂层可有效地减小Li离子储存过程中Si对电解质的暴露面积并缓解其体积膨胀。研究结果表明,相比纯Si, graphene@C-PEG@Si NPs复合材料表现出优异的电化学性能,在210 mA/g的电流密度下,经过100次循环可逆比容量仍高达1 032 mA·h/g,电极在4 200 mA/g的大电流密度下循环100次,其比容量仍保持在430 mA·h/g以上。     

纳米Si掺杂SiOx-Si@C@碳纳米管复合负极材料的制备及性能

在对氧化亚硅(SiO)材料进行表面碳包覆和添加导电材料的基础上,掺杂少量纳米Si进一步提高其首次充放电容量和首次库仑效率。采用XRD、SEM、TEM、Raman、FTIR分析材料的物相结构和微观形貌,通过恒流充放电测试仪分析复合材料的电化学性能。结果显示,纳米Si质量为SiO_x质量10%的复合材料(SiO_x-Si@C@碳纳米管(CNTs)-10)的首次充放电容量分别为1 348.1 mA?h/g和1 874.4 mA?h/g,首次库仑效率为71.9%,循环100周后材料的可逆容量为1 116.2 mA?h/g,容量保持率为82.8%;以不同电流密度充放电,其放电容量远远高于没有纳米Si掺杂的材料。SiO_x-Si@C@CNTs复合材料具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能和倍率性能。      

无黏结剂柔性Si/CNT/纤维素复合阳极及其电化学性能

硅/碳复合材料作为最具潜力的下一代阳极材料,受到广泛关注。为减少硅巨大膨胀所产生的应力,避免硅纳米颗粒的粉化,提高硅基锂离子电池的电化学性能,制备了一种多微孔结构的多壁碳纳米管(MWCNTs)纸,嵌入纳米硅制得Si/MWCNTs/纤维素复合柔性锂离子电池阳极。FESEM显示,纳米硅均匀地嵌入在MWCNTs构建的三维导电网络中,纳米硅和导电载体具有良好的接触,使得界面电阻大幅下降,同时纳米硅在电池充放电过程中具有足够的膨胀空间,保证了材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学检测显示,其首次放电比容量达到2024 mAh/g,循环30次后比容量维持在850 mAh/g,展示出良好的循环稳定性和较高的比容量。同时,其制作工艺相比传统涂敷类阳极得以简化,可操作性高,易于实现产业化。     

预歧化处理的高性能锂离子电池SiO/C负极材料

以SiO和蔗糖为原料,SiO经高温歧化反应处理后,通过机械球磨、喷雾干燥、高温热解工艺制备出具有优异电化学性能的锂离子电池SiO/C负极材料。经XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM结构分析表明,歧化反应处理的片状SiO包含非晶态SiO和纳米晶相Si、SiO_2,蔗糖热解形成的无定形碳包覆在细片状SiO的表面,组成球形SiO/C颗粒。电化学测试结果表明,预歧化处理的SiO/C复合材料的首次放电容量为1 314.6mAh/g,首次库伦效率达到71%;100周循环后的放电容量为851.2mAh/g,容量保持率达到78.5%,循环稳定性远高于未经歧化处理的SiO/C复合材料。电化学性能的提高归因于SiO预歧化反应及热解碳包覆。     

SnO2-Fe2O3复合材料应用于碳纳米管集流体对锂离子电池性能的影响

水热合成法制备纳米SnO₂-Fe₂O₃复合材料,以SnO₂-Fe₂O₃为活性物质,多壁碳纳米管（MWCNTs）导电纸代替传统铜箔作为负极集流体制作锂离子电池。采用XRD、SEM进行表征,结果显示,SnO₂-Fe₂O₃均匀嵌入到MWCNTs构建的三维导电网络的空隙中。电化学测试结果表明,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸作为负极电极能够显著提高锂离子电池的循坏和倍率性能。在100 mA/g电流密度下循环30次,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸电池比容量达到1 088 mAh/g,而在200 mA/g电流密度下循环200次后,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量能稳定保持在898 mAh/g,表现出良好的循环性能,逐渐增大充放电电流,电池的比容量有所下降但其库伦效率仍然保持在96%以上,而在高倍率（1 600 mA/g）下进行充放电时,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量仍然能够保持在547 mAh/g,之后再将电流密度降到100 mA/g,比容量重新回到1 000 mAh/g,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸表现出十分优异的电化学性能。      

Co3O4与膨胀石墨自组装的多面体复合物作为锂离子电池阳极材料

作为锂离子电池的负极材料，Co₃O₄因其具有890 mA·h/g的高理论比容量而备受关注。本文通过简单的化学溶液法和热处理制备了Co₃O₄与膨胀石墨(EG)自组装的多面体复合材料(Co₃O₄-EG)。当用作锂离子电池的负极材料时，EG与Co₃O₄质量比为1∶3的Co₃O₄-EG复合材料电极在0.1 C的电流倍率下经过400次循环后的可逆容量仍高达418 mA·h/g，高于其他Co₃O₄-EG复合材料(质量比1∶4循环190圈后容量为273 mA·h/g，质量比1∶5循环135圈后的容量为329 mA·h/g)，且所有Co₃O₄-EG复合材料的放电容量均高于纯Co₃O₄(400圈循环后容量为40 mA·h/g)。Co₃O...     

LiFePO_4/CuO/Ag/RGO四元复合材料的制备与电化学性能研究

采用水热法、化学沉积法、有机溶剂还原法,逐步合成了择优生长、石墨烯基复合材料包覆改性的锂离子电池四元复合正极材料LiFePO_4/CuO/Ag/RGO。分别采用XRD、TEM和循环充放电等手段对材料进行性能表征。结果表明,包覆后的LiFePO_4呈橄榄石型结构,包覆材料未对LiFePO_4结构和晶型产生影响。所制备的材料呈现择优生长的棒状结构,石墨烯基复合材料将LiFePO_4包覆,构成稳定的导电网络。电化学性能测试表明,改性后的复合材料在0.2C倍率下首次充放电比容量最高达到166mA·h/g。即使在50C高倍率下首次放电比容量依然达到87.9mA·h/g,表现出优良的的倍率和循环稳定性。     

NiSi_x/Si/Ge核壳纳米棒阵列作为锂离子电池负极材料的电化学性能

硅是目前已知的理论比容量最高的锂离子电池负极材料,但是循环性能较差。本文通过射频磁控溅射的方法,成功合成出了NiSix/Si/Ge核壳纳米棒阵列,并通过扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)对其形貌和成分进行了表征。将原位生长的NiSix/Si/Ge核壳纳米棒阵列直接作为工作电极,组装成纽扣半电池进行电化学和循环性能测试,NiSix/Si/Ge核壳纳米棒阵列的首次放电容量达到了2000mAhg-1左右,首次效率在70%左右,并且在100个循环以后仍保有初始可逆容量的30%以上。相比NiSix/Si纳米棒阵列,NiSix/Si/Ge核壳纳米棒阵列的循环性能明显得到了提升,说明锗的包覆对硅的锂离子电池性能改进起到了非常重要的作用。     

Ag包覆MnO锂离子电池负极材料的合成及性能

通过热分解MnCO3和AgNO3的方法制备了具有Ag包覆结构的MnO微米球。分别采用XRD、SEM和恒流充放电技术考察了其晶体结构、颗粒形貌和电化学性能。分析结果表明,该MnO/Ag复合材料结晶度良好,呈球状,直径约1.2μm,Ag包覆在MnO球体表面。当充放电电流密度为34.8mA/g时,MnO/Ag复合材料的首次库伦效率高达70.0%,初始可逆比容量为805.3mA.h/g,经30周循环后,其放电比容量仍保持在407.8mA.h/g。当电流密度增加到190.5mA/g时,其放电比容量仍有320mA.h/g。     

锂离子电池Si/C复合负极材料的合成与性能

采用球磨-热解工艺制备了Si/C复合负极材料。研究了球磨时间对Si/C复合负极材料结构和电化学性能的影响,并分析了电极的失效机理。研究结果表明,通过球磨可以将纳米硅颗粒均匀分散于石墨基体材料表面,同时,葡萄糖热解后形成的无定形碳使两者紧密结合。球磨3h合成的材料具有最优的电化学性能。以100mA/g的电流密度放电,首次放电容量达到1340mAh/g,首次充放电效率为75.6%,循环50次后,容量保持率为34.2%。     

聚吡咯包覆FeCl3-石墨层间化合物的制备与电化学储钠性能

以FeCl₃和天然鳞片石墨为原料,通过融盐法制得1阶FeCl₃插层的石墨层间化合物(FeCl₃-GIC)。用原位聚合法对FeCl₃-GIC进行聚吡咯(PPy)包覆改性,形成具有核壳结构的(FeCl₃-GIC)@PPy复合材料。通过多种表征方法研究聚吡咯包覆前后FeCl₃-GIC的表面形貌和微观结构变化。结果表明:聚吡咯均匀致密地包覆在十微米级的FeCl₃-GIC颗粒外部,包覆层厚度为35 nm,经过聚吡咯包覆后(FeCl₃-GIC)@PPy的导电性能显著提高((FeCl₃-GIC)@PPy粉末电阻率2.3×10?3 Ω·cm,FeCl₃-GIC粉末电阻率3.1×10?3 Ω·cm)。采用多种电化学测试探究产物的钠离子存储特性,聚吡咯外壳能够显著提高FeCl₃-GIC作为钠离子电池负极材料的充放电容量、倍率性能和循环性能。在0.1 A·g?1电流密度下循环100次后,FeCl₃-GIC的比容量逐渐衰减到157 mA·h·g?1,而(FeCl₃-GIC)@PPy材料的比容量达到281 mA·h·g?1左右且容量基本保持不变;在电流密度1 A·g?1的条件下循环500次后,(FeCl₃-GIC)@PPy的比容量仍有181 mA·h·g?1,容量保持率约为89%。      

Roll-Pressed Silicon Anodes with High Reversible Volumetric Capacity Achieved by Interfacial Stabilization and Mechanical Strengthening of a Silicon/Graphene Hybrid Assembly

Application of Si anodes is hindered by severe capacity fading due to pulverization of Si particles during the large volume changes of Si during charge/discharge and repeated formation of the solid-electrolyte interphase. To address these issues, considerable efforts have been devoted to the development of Si composites with conductive carbons (Si/C composites). However, Si/C composites with high C content inevitably show low volumetric capacity because of low electrode density. For practical applications, the volumetric capacity of a Si/C composite electrode is more important than gravimetric capacity, but volumetric capacity in pressed electrodes is rarely reported. Herein, a novel synthesis strategy is demonstrate for a compact Si nanoparticle/graphene microspherical assembly with interfacial stability and mechanical strength achieved by consecutively formed chemical bonds using 3-aminopropyltriethoxysilane and sucrose. The unpressed electrode (density: 0.71 g cm⁻³) shows a reversible specific capacity of 1470 mAh g⁻¹ with a high initial coulombic efficiency of 83.7% at a current density of 1 C-rate. The corresponding pressed electrode (density: 1.32 g cm⁻³) exhibits high reversible volumetric capacity of 1405 mAh cm⁻³ and gravimetric capacity of 1520 mAh g⁻¹ with a high initial coulombic efficiency of 80.4% and excellent cycling stability of 83% over 100 cycles at 1 C-rate.     

磷掺杂石墨相氮化碳的制备及其在锂硫电池中的应用

通过热缩聚合成法,采用尿素为原料,制备石墨相氮化碳(g-C₃N₄),以磷酸氢二胺作为磷源,制备不同磷含量的磷掺杂g-C₃N₄ (xP-CN),研究磷掺杂对xP-CN的微观结构、形貌及xP-CN/S复合材料作为锂硫电池正极材料电化学性能的影响。研究表明,磷掺杂后xP-CN的层间距增大,导电性提高,比表面积变大,10% P-CN的比表面积最大达到101.741 m2·g?1。10% P-CN/S复合材料在0.05 C (1 C=1675 mA·h·g?1)下首次放电比容量达到1383.8 mA·h·g?1,在0.2 C下循环100次后可逆比容量为860.0 mA·h·g?1,而g-C₃N₄/S复合材料比容量仅为178.3 mA·h·g?1;10% P-CN/S复合材料经过倍率测试后比容量可以回复到0.2 C时的93.6%,表现出良好的循环性能和倍率性能。      

Si/C particles on graphene sheet as stable anode for lithium-ion batteries

Silicon is considered as one of the most promising anodes for Li-ion batteries (LIBs),but it is limited for commercial applications by the critical issue of large volume expansion during the lithiation.In this work,the structure of silicon/carbon (Si/C) particles on graphene sheets (Si/C-G) was obtained to solve the issue by using the void space of Si/C particles and graphene.Si/C-G material was from Si/PDA-GO that silicon particles was coated by polydopamine (PDA) and reacted with oxide graphene (GO).The Si/C-G material have good cycling performance as the stability of the structure during the lithiation/dislithiation.The Si/C-G anode materials exhibited high reversible capacity of 1910.5 mA h g-1 and 1196.1 mA h g-1 after 700 cycles at 357.9 mA g-1,and have good rate property of 507.2 mA h g-1 at high current density,showing significantly improved commercial viability of silicon electrodes in high-energy-density LIBs.     

Conductive rigid skeleton supported silicon as high-performance li-ion battery anodes

A cost-effective and scalable method is developed to prepare a core-shell structured Si/B(4)C composite with graphite coating with high efficiency, exceptional rate performance, and long-term stability. In this material, conductive B(4)C with a high Mohs hardness serves not only as micro/nano-millers in the ball-milling process to break down micron-sized Si but also as the conductive rigid skeleton to support the in situ formed sub-10 nm Si particles to alleviate the volume expansion during charge/discharge. The Si/B(4)C composite is coated with a few graphitic layers to further improve the conductivity and stability of the composite. The Si/B(4)C/graphite (SBG) composite anode shows excellent cyclability with a specific capacity of ～822 mAh·g(-1) (based on the weight of the entire electrode, including binder and conductive carbon) and ～94% capacity retention over 100 cycles at 0.3 C rate. This new structure has the potential to provide adequate storage capacity and stability for practical applications and a good opportunity for large-scale manufacturing using commercially available materials and technologies.