Si@环化聚丙烯腈/多壁碳纳米管负极复合材料的制备及电化学性能

通过简单高能球磨和高温热解法制备了锂离子电池Si/C电极复合材料,聚丙烯腈（PAN）包覆的纳米颗粒（Si@PAN）与多壁碳纳米管（MWCNTs）混合,制得Si@环化PAN/MWCNTs（Si@c-PAN/MWCNTs）复合材料作为锂离子电池的负极材料。包覆在纳米Si外层的高温热解后的PAN能够有效缓冲Si在充放电过程中巨大的体积变化产生的应力,同时MWCNTs作为Si@c-PAN的基体阻止Si@c-PAN颗粒的团聚,也提高了Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的导电性能。电化学测试结果表明,Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极在电流密度为0.2 A/g时,其首次放电比容量达到2 098 mA?h/g,库伦效率达到86%;循环50次后Si@c-PAN/MWCNTs复合材料电极的可逆比容量仍能够达到1 278 mA?h/g,在2 A/g放电时其比容量为600 mA?h/g,仍保持良好的循环稳定性。      

碳包覆的磷/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能研究

以纳米黑磷和氧化石墨烯为原料,通过高温热处理的方法合成了碳包覆的磷/石墨烯复合材料,通过XRD、Raman、FT-IR、XPS及SEM对该复合材料进行表征。电化学性能测试表明,在100mA/g的电流密度下,制备的复合材料首次充电比容量为530mAh/g,循环50次后比容量仍然保持在492mAh/g,容量保持率为92.8%,表现出优异的电化学性能。     

煅烧法制备石墨烯包覆Mn_3O_4纳米复合粉体及其电化学性能研究

为了大量、方便地制备电化学性能优异的锂离子电池负极材料,利用一步煅烧法制备石墨烯包覆Mn_3O_4纳米复合粉体,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合粉体进行表征,并进行电化学性能检测。结果表明:石墨烯把Mn_3O_4颗粒很好地包覆在里面;石墨烯包覆Mn_3O_4纳米复合粉体具有优秀的电化学性能,含碳质量分数为13%的石墨烯包覆Mn_3O_4纳米复合粉体首次放电比容量达到859.7 m A·h/g,电流密度为1 600 m A/g时的放电比容量保持在380 m A·h/g,循环100次后放电比容量几乎保持不变。     

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。      

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。     

炭涂层硅/石墨烯纳米复合材料的制备及其储锂性能

石墨烯、柠檬酸和硅纳米颗粒的乙醇混合物经超声分散、乙醇挥发和热处理(800℃1h)制备出炭涂层硅/石墨烯(Si@C/G)纳米复合材料。透射电镜表明,Si纳米颗粒的表面形成了一层厚度约为2nm的均匀炭涂层,石墨烯片层支撑着Si@C纳米粒子,且两者具有较强的相互作用。作为锂离子电池负极材料,Si@C/G电极具有较高的库仑效率,在500 mA·g-1的电流密度下,100卷循环后比容量为1431mAh·g-1,表现出优越的循环稳定性。Si@C/G优异的电化学性能归因于石墨烯片层的高导热率、高导电率和优良的机械柔韧性。     

将硅纳米颗粒限域在多壳层空心球:一种提升循环稳定性的有效策略（英文）

单质硅是一种有潜力的高容量锂离子电池负极材料.然而,受限于充放电过程中巨大的体积膨胀,其循环性能并不理想.在这个工作中,我们设计了一种独特的三组分复合负极材料(Si/Cr₂O₃/C),其中Si纳米颗粒被限域在碳包覆的氧化铬多层空心球(MSHSs)中.得益于Cr₂O₃/C基体的体积变化缓冲能力与优异的结构稳定性,将Si纳米颗粒封装在MSHSs中可以有效地提高其电化学性能.合理的结构设计赋予了Si/Cr₂O₃/C三组分复合材料高的可逆容量(在100 mA g^-1的电流密度下,比容量为1351 mA h g^-1)和稳定的循环性能(在500 mA g^-1的电流密度下,循环300次后比容量保持在716 mA h g^-1).这一工作提出了一种多壳层空心结构设计的新思路,以解决硅基负极材料循环性差的瓶颈.     

自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性电极的制备及其电化学性能的研究

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的理论比容量(4200mAh/g),是目前商业化石墨负极材料的数十倍。但是由于在充放电过程中极易发生粉化破碎,导致其循环比容量会迅速衰减。首次通过水热还原的方法制备了自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性负极材料。SEM表征显示纳米硅颗粒均匀地分散在石墨烯片层中,制得的复合纸电极较纯硅纳米颗粒的电化学性能有大幅度提高,在100mA/g的电流密度下,首周放电比容量4003mAh/g,十分接近硅的理论比容量,且首周库伦效率高达91%。复合纸循环20周后比容量在3300mAh/g左右,50周后仍能维持1000mAh/g左右的比容量。这主要可归功于石墨烯纸电极优异的柔韧性和导电性,有效抑制了纳米硅颗粒的体积膨胀和结构破坏。同时水热还原法较低的还原温度保证了石墨烯纸还原前后厚度变化不大,有利于石墨烯片层与Si纳米颗粒的紧密接触。     

SnO2/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学行为研究

以氧化石墨和氯化亚锡为原料,采用原位合成法制得SnO2/石墨烯纳米复合材料。该方法不需外加还原剂,也避免了SnO2纳米粒子和石墨烯在机械混合过程中的团聚问题。XRD和TEM等的分析结果表明,纳米SnO2颗粒都均匀地分散在石墨烯表面,其中纳米SnO2的粒径和石墨烯的厚度分别为3~6 nm和1.5~2.0 nm。电化学测试结果表明:在200 mA/g电流密度下循环100次后,SnO2/石墨烯负极材料的嵌锂容量可稳定在552 mAh/g,容量保持率比单纯纳米SnO2提高了4.4倍;在40、400、800 mA/g的电流密度下,SnO2/石墨烯负极材料的放电容量可分别保持在724.5、426.0、241.3 mAh/g,表现出较好的倍率性能,该结果归因于石墨烯良好的导电性及其二维纳米结构。     

基于工业废料的Si/TiN/TiSi2多相复合锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

Si负极材料理论容量高,但其电子电导率低和脱嵌锂过程体积变化大易粉化,使其循环稳定性和倍率性能差以及高性能硅基锂离子电池负极材料成本高,这均妨碍了其大规模产业化应用.本研究提出以太阳能电池硅片切割废料Si粉和TiN粉为原材料,采用低成本的活性气体机械球磨法制备了一种高性能的Si/TiN/TiSi2多相复合负极储锂材料.研究发现,Si在H2气氛球磨过程中与部分TiN发生反应,原位生成了纳米尺度的TiSi2,TiN和新形成的TiSi2弥散于亚微米尺度的Si基体中.Si/TiN/TiSi2复合材料的电化学性能与TiN的添加量紧密相关.其中,物质的量比Si/0.2TiN的体系具有最佳的电化学性能,在300 mA·g-1电流密度下,其首次可逆容量为2394 mA·h·g-1,首次库伦效率达75.8％,经过200次循环后,容量仍保持1295 mA·h·g-1,保持率高达54％.在2.0 A·g-1电流密度下的可逆容量达到609 mA·h·g-1.机理分析表明:高导电的惰性相TiSi2和TiN弥散在Si基体中不仅有利于电极材料在充放电循环过程中的电子传输,且有效缓冲了Si在嵌脱锂过程的巨大体积变化.这是TiN添加改善硅基复合负极材料电化学性能的主要原因.     

Reassembled graphene-platelets encapsulated silicon nanoparticles for Li-ion battery anodes

Among lithium alloy metals, silicon is an attractive candidate to replace commercial graphite anode because silicon possesses about ten times higher theoretical energy density than graphite. However, electrically nonconducting silicon undergoes a large volume changes during lithiation/delithiation reactions, which causes fast loss of storage capacity upon cycling due to electrode pulverization. To alleviate these problems, electrodes comprising Si nanoparticles (20 nm) and graphene platelets, denoted as SiGP-1 (Si = 35.5 wt%) and SiGP-2 (Si = 57.6 wt%), have been prepared with low cost materials and using easily scalable solution-dispersion methods. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) analyses indicated that Si nanoparticles were highly dispersed and encapsulated between graphene sheets that stacked into platelets in which portions of graphite phases were reconstituted. From the galvanostatic cycling test, SiGP-1 exhibited a reversible lithiation capacity of approximately 802 mAh/g with excellent capacity retention up to 30 cycles at 100 mA/g. Further cycling with a step-increase of current density (100-1,000 mA/g) up to 120 cycles revealed that it has an appreciable power capability as well, showing 520 mAh/g at 1,000 mA/g with capacity loss of 0.2-0.3% per cycle. The improved electrochemical performance is attributed to the robust electrical integrity provided by flexible graphene sheets that encapsulated dispersed Si nanopraticles and stacked into platelets with portions of reconstituted graphite phases in their structure.     

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。     

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%。     

锂离子电池SiOx/C/CNTs复合负极材料的制备及其电化学性能

通过机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备锂离子电池SiO_x/C/CNTs复合负极材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪,对其物相组成、颗粒形貌及电化学性能进行了表征,并与SiO_x/C和SiO_x/C/石墨烯复合材料的性能对比。研究结果表明,CNTs的引入不仅可以增加复合材料的可逆容量,还可以有效提高材料的循环稳定性。SiO_x/C/CNTs复合负极材料在100mA/g下首次放电比容量为1 981.5mAh/g,循环100周后,放电容量仍有474.0mAh/g,倍率性能较优,具有良好的应用前景。     

Synthesis of nitrogen-doped MnO/graphene nanosheets hybrid material for lithium ion batteries

Nitrogen-doped MnO/graphene nanosheets (N-MnO/GNS) hybrid material was synthesized by a simple hydrothermal method followed by ammonia annealing. The samples were systematically investigated by X-ray diffraction analysis, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, and atomic force microscopy. N-doped MnO (N-MnO) nanoparticles were homogenously anchored on the thin layers of N-doped GNS (N-GNS) to form an efficient electronic/ionic mixed conducting network. This nanostructured hybrid exhibited a reversible electrochemical lithium storage capacity as high as 772 mAh g(-1) at 100 mA g(-1) after 90 cycles, and an excellent rate capability of 202 mA h g(-1) at a high current density of 5 A g(-1). It is expected that N-MnO/GNS hybrid could be a promising candidate material as a high capacity anode for lithium ion batteries.     

硅化镁还原CO2一步原位合成Si/C复合负极

硅碳(Si/C)负极被认为是高能量密度锂离子电池的首选负极材料,本文提出了一种利用Mg₂Si一步还原CO₂原位制备硅碳复合材料的新方法,研究了Ar∶CO₂混合气体积比和反应温度等关键工艺对Si/C负极材料微结构和电化学性能的影响。研究发现,该方法原位合成的Si/C颗粒尺寸为几百纳米,晶态硅和无定形碳相互交织、分布均匀。当反应温度为700℃、Ar∶CO₂=7∶1时合成的Si/C复合材料作为锂离子电池负极材料时,在0.2 A/g的电流密度下,500个循环后仍有1134 mA·h/g可逆容量。本文利用温室气体CO₂来制备储能用Si/C复合负极材料,既能实现变废为宝,同时该方法合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发的潜力。      

Bioprocess-inspired preparation of silica with varied morphologies and potential in lithium storage

As one of the most delicate bioprocesses in nature,biosilicification is closely related to biosilica with various morphologies,and has provided abundant inspiration to materials synthesis.In the present study,to explore the biosilica formation process and fabricate silica with an exquisite microstructure for lithiumion battery (LIB) electrodes,a bacterial phage (M13) is used as a biotemplate to synthesize silica with diverse morphologies: cylinders,hexagonal prisms,assemblies of smaller cylinders and nanowires.A facile ethanol bath method is conducted to coat the nanowires with nitrogen-containing carbon and carbon-coated Si02 nanowires with mesochannels (C@msSiO2NWs) are first used as anode materials for LIBs.Attributed to the uniform carbon coating and parallel mesochannel structure,the electronic conductivity and capacity to accommodate volume variations were significantly improved.In the electrochemical performance test,the composites calcined at 750 ℃ (C@msSiO2NWs-750) show an impressive capacity of 653 mA h g-1 at a current density of 500 mA g-1 and stability (1000 cycles).In view of the electrochemical test outcomes,the preparation of a sophisticated structure with an outstanding potential is easily achieved via a biomimetic strategy.     

自支撑氮掺杂石墨烯纸柔性电极的制备及其储锂性能的研究

以氧化石墨烯(GO)为原料,尿素为氮掺杂剂,采用固/气界面水热反应的方式,即在反应釜内将GO抽滤得到的氧化石墨烯纸(GOP)与尿素分解产生的氨蒸气相互作用,成功制备出自支撑氮掺杂石墨烯纸(NGP)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试对样品进行形貌结构及电化学性能的表征。测试结果表明:水热条件下尿素能有效地实现氧化石墨烯纸的氮掺杂,氮掺杂量为7.89%;氮掺杂石墨烯纸在100mA/g和500mA/g的电流密度下,充放电循环100周之后,放电比容量可分别保持在288mAh/g和190mAh/g。采用改进的固/气界面水热反应法制备的氮掺杂石墨烯纸较未掺杂石墨烯纸可逆比容量提高了近2.5倍,具有良好的循环稳定性,可为制备高性能的柔性锂离子电池负极材料提供新方法。