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。      

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%。     

锂离子电池用氧化锌/螺旋纳米碳纤维复合负极材料的制备及性能研究

以二水乙酸锌、一缩二乙二醇为原料,通过溶胶-凝胶法制备出氧化锌/螺旋纳米碳纤维(ZnO/HCNFs)复合材料。使用X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段研究了ZnO/HCNFs复合材料的形貌结构,通过恒流充放电测试仪对材料的电化学性能进行测试。结果表明:ZnO颗粒均匀负载于HCNFs表面,粒径约为20~50nm。ZnO/HCNFs复合材料在200mA/g的电流密度下,其首次充放电比容量分别达到977mAh/g与788mAh/g,库仑效率为81%,经过100次循环以后,容量仍保持在501mAh/g,电化学性能较优异。     

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。      

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。     

Co~(2+)掺杂石墨烯/LiFePO_4锂离子电池复合正极材料的制备与表征

使用溶胶凝胶原位碳热还原制备了Co2+掺杂石墨烯/LiFePO4锂离子电池复合正极材料(石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4),以期获得比容量高、充放电速率快和循环性能优良的锂离子电池正极材料。结构和形貌表征结果显示:石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料具有三维导电网络结构,颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在200nm左右。电化学测试结果显示:石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料具有高的可逆比容量和优异的循环倍率性能。2.0~4.0V充放电下0.1C时的首次放电比容量为159mA·h·g-1,在10.0C下首次放电比容量也有74mA·h·g-1;0.5C下循环100次,比容量保持率为99.7%。石墨烯/LiCo0.03Fe0.97PO4复合材料电化学性能提高的原因主要为Co2+掺杂和石墨烯包覆的协同作用。     

热解温度对锂离子电池Si/C复合负极材料性能的影响

以酚醛树脂为碳源,采用球磨-热解工艺制备了一系列Si/C复合负极材料,通过XRD、SEM、恒流充放电等测试方法,研究了热解温度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,前驱物经不同的热分解温度得到的复合负极材料,其衍射峰基本与原料硅和石墨的衍射峰相符。随着热分解温度的升高,硅颗粒的分散性得到改善,并与石墨及无定形碳层交错起来形成微孔结构,直接对复合材料的电化学性能产生较大的影响。当热分解温度为1000℃时,合成的Si/C复合负极材料综合电化学性能较好,首次充放电效率可以达到73.1%,以100mA/g放电,循环100周后容量保持率为89.7%,以200mA/g放电,循环100周后容量保持率仍可以达到87.8%。     

双功能氮氧化钛-碳涂层提升高容量锂离子电池用SiOx的储锂性能(英文)

非化学计量微米氧化硅(SiO_x)由于其高理论容量和低成本,有望成为锂离子电池石墨负极材料的替代品.然而, SiO_x的实际应用仍然受到其较差的固有导电性和循环过程中明显的体积变化的阻碍.在本工作中,为了同时解决这些问题,我们使用可规模化的溶剂热和热还原方法制备了具有TiO_1-yN_y-C涂层的SiO_x基负极材料(SiO_x@TiON-C).我们通过系统性研究发现, TiO_1-yN_y-C涂层可以适应SiO_x循环过程中大的体积变化且有效提高其导电性.因此, SiO_x@TiON-C负极具有突出的储锂性能.具体而言, SiO_x@TiON-C负极可以在500 mA g^-1的电流密度下循环500圈后仍保持750.2 mA h g^-1的优异可逆容量, 75.1%的初始库仑效率和优异的倍率性能.这项工作为促进下一代锂离子电池微...     

两步掺杂合成法制备LiFePO4-C复合材料及其性能

通过两步掺杂碳采用高温固相反应法合成了锂离子电池正极LiFePO4-C复合材料.利用SEM、XRD、TG/DTA等方法对该正极材料的晶体结构、表面形貌、粒径大小和热反应进行了分析研究.实验结果表明,LiFePO4-C具有单一的橄榄石结构,前驱体掺杂14%(质量分数)、预分解后掺杂6%(质量分数)葡萄糖合成的材料具有良好的充放电性能和循环稳定性能.在0.1C倍率下进行充放电测试,首次放电比容量可达158.5mA·h/g,具有良好的电化学性能.     

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.     

SiFe@C负极复合材料的结构及性能

以SiFe合金和沥青为原料,采用机械球磨和高温热解法制备了SiFe@C负极复合材料,并对SiFe及一系列不同热解温度下制备的SiFe@C复合材料进行对比研究。利用XRD、SEM、TEM、EDS和恒流充放电测试仪对SiFe@C复合材料的物相、颗粒形貌及电化学性能进行表征。结果表明,在850℃热解温度下制得的SiFe@C负极复合材料首次放电比容量达到1 376.25 mAh/g,首次库仑效率为86.35%,经过70次循环后放电比容量为940.33 mAh/g,库仑效率达到98.78%,容量保持率为76.32%,循环性能远高于SiFe和其他热解温度下的SiFe@C复合材料,而且具有良好的倍率性能。      

红磷/碳复合材料的制备及电化学性能研究

对比研究了不同制备方法、电解液组成和碳结构对红磷/碳复合材料电化学性能的影响。利用球磨法制备了红磷/活性炭(AC)复合材料, 其较差的首次库伦效率和循环容量表明活性物质红磷没有得到有效利用。对多种电解液进行了优选, 得到最优电解液为1 mol/L LiPF₆的EC/EMC/DMC (1: 1: 1 V/V)酯类电解液。通过气相沉积法制备了红磷/导电碳黑(BP2000)和红磷/活性炭两种复合材料。利用热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、BET比表面分析和循环伏安法(CV)对上述复合材料的形貌、结构和电化学性能进行了研究。结果表明: 含磷量为45%的红磷/活性炭复合材料充放电平台分别为1.0 V和0.75 V, 具有良好的可逆性。首次放电比容量和充电比容量分别为1500和1200 mAh/g, 库伦效率为82.5%。随后循环中库伦效率超过了97.5%。其1200 mAh/g的循环容量对应于2.8个电子的可逆反应。以第二次的稳定放电容量计算, 50次循环后容量保持率为75.0%。该复合材料较高的循环容量和良好的循环稳定性受益于无定形的活性物质红磷在活性炭导电基底孔结构中, 特别是微孔中的均匀分布。     

Enhanced electrochemical properties of sodium-doped lithium-rich manganese-based cathode materials

In this work, sodium has been successfully doped into the layered lithium-rich manganese-based cathode material through melt impregnation. The as-prepared samples are characterized by multiple techniques of x-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, x-ray photoelectron spectroscopy and the electrochemical measurements. The results show that sodium doping hardly changes the layered structure and surface morphology of pristine sample. The sample particles of sodium-doped materials exhibit polygonal shape similar to prism. The sodium-doped material possesses high rate performance and good cycling stability, and the initial charge and discharge capacity reaches 340.2 mA h g⁻¹ and 249.0 mA h g⁻¹ at a current density of 20 mA g⁻¹, respectively. The initial coulombic efficiency of the first cycle is 73 %. After running 100 repeated cycles at 40 mA g⁻¹ and 100 mA g⁻¹, the discharge capacity could still be maintained at about 230.0 mA h g⁻¹ and 220.0 mA h g⁻¹, respectively. Moreover, the voltage attenuation is effectively suppressed during charging/discharging cycles.     

锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能

以经活化处理的石墨烯(AG)为主体材料, 通过化学还原法制备了石墨烯负载硫的复合正极材料AG/S。SEM、EDX和TEM测试结果表明经活化处理后形成手风琴结构的AG, 有利于电解液的浸润; 活性物质硫均匀地负载在AG表面, 同时沉积在AG的层间。电化学测试表明: 在400 mA/g电流密度下, AG/S复合正极材料首次放电比容量为1452.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在909.7 mAh/g; 在1000 mA/g电流密度下, AG/S复合材料首次放电比容量为1309.9 mAh/g, 经过200次循环之后, 放电比容量仍保持在717.1 mAh/g。AG/S复合正极材料的倍率性能、库仑效率和循环性能优异, 这得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布, 活化石墨烯优良的导电性以及其结构对硫的固化作用。     

Improved electrochemical performance of LiCoPO4 nanoparticles for lithium ion batteries

Single phase LiCoPO4 nanoparticles were synthesized by solid-state reaction. LiCoPO4/Li batteries were fabricated in an argon-filled glove box, and their electrochemical properties were analyzed by cyclic voltammetry (CV) and charge-discharge tests. The structural performance of LiCoPO4 nanoparticles was investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The XRD result demonstrated that LiCoPO4 nanoparticles had an orthorhombic olivine-type structure with a space group of Pmnb. The charge-discharge tests indicated that the initial discharge capacity and coulombic efficiency of LiCoPO4/Li batteries were 110 mA h/g and 48% in cut-off voltage range of 3.0-5.3 V, 90 mA h/g and 54% in cut-off voltage range of 3.0-5.1 V, 70 mA h/g and 60% in cut-off voltage range of 3.0-5.0 V, respectively. After 30 cycles, the coulombic efficiency was 78% for 3.0-5.3 V, 88% for 3.0-5.1 V, 91% for 3.0-5.0 V, respectively. These results indicated that the coulombic efficiency of LiCoPO4/Li battery increased upon cycling and upon decreasing in charge upper limit voltage, respectively.     

Silicon,flake graphite and phenolic resin-pyrolyzed carbon based Si/C composites as anode material for lithium-ion batteries

Si/C composites, based on nano-Si, flake graphite and phenolic resin-pyrolyzed amorphous carbon, were synthesized by liquid solidification and subsequent pyrolysis. The performances of the prepared Si/C composites are investigated by means of thermogravimetric analysis (TG–DTA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM) and galvanostatic cell cycling, as well as cyclic voltammograms. The results indicate that the initial charge capacity of the composites is 640.51 mA h g^?1 at a current density of 100 mA g^?1 and the initial coulombic efficiency is 73.82%. The Si/C composites also exhibit excellent cycling performances when cycled at different discharge/charge rates.     

水合氧化钛制备Li4Ti5O12及在电化学混合电容器中的应用

以水合氧化钛溶胶为起始反应物,在其中加入活性炭、柠檬酸和锂盐,干燥后在800℃热处理12h,制得具有尖晶石结构的新型准纳米晶Li₄Ti₅O₁₂. 电化学测试表明,该材料的首次嵌脱锂效率可达99.3%,85mA/g电流条件下的可逆嵌锂容量为152.3mAh/g,嵌脱锂平台稳定. 将其制成嵌锂电极后与活性炭电极构成Li₄Ti₅O₁₂/AC电化学混合电容器. 充放电测试表明,在该混合电容器中,Li₄Ti₅O₁₂电极在85mA/g电流条件的比电容量为96.4mAh/g,电容器充放电效率达96.5%.     

电化学法聚吡咯膜作锂二次电池正极的电池性能

以电化学法制备的聚吡咯膜作正极,组装锂/聚吡咯(PPy)二次电池。运用CHI650B电化学工作站和LAND电池测试系统对电池性能进行测试和表征。结果表明,当充放电电流为0.05 mA,正极片成型压力为10 MPa时,电池的放电比容量和库仑效率随循环次数增加而缓慢增大,经过60个循环后放电比容量达到36 mAh/g,库仑效率为100%。电池的循环伏安曲线存在明显的氧化还原峰,且峰电流很大,说明PPy正极材料的氧化还原可逆性很好。采用电化学阻抗谱分析了电池的内部作用机理,为进一步提高电池综合性能提供理论依据。