ZIF衍生Fe3O4@NC/石墨烯锂离子电池负极材料研究

为了改善Fe₃O₄作为锂离子电池负极材料时循环稳定性差的问题,以铁基沸石咪唑酯框架结构材料(Fe-ZIF)为前驱体,使用多巴胺通过聚合反应与其复合,再与石墨烯通过静电吸附作用组装,经过煅烧碳化,制备了Fe₃O₄@NC/G复合材料。研究结果表明,多巴胺与石墨烯的引入有效提高了Fe₃O₄在充放电过程中的电化学稳定性。在0.1 A·g^-1电流密度下,充放电循环30圈,Fe₃O₄@NC/G的放电比容量为1005.6 mAh·g^-1。当电流密度为2 A·g^-1时,经过300圈循环,其放电比容量仍有838.3 mAh·g^-1。Fe₃O₄@NC/G复合材料优异的电化学性能归因于独特的结构设计,这对其他负极材料的构筑提供了一定的参考价值。     

流变相辅助碳热还原法制备LiFePO_4/C

以Fe2O3、LiH2PO4为原料,蔗糖为碳源,草酸为添加剂,采用流变相辅助碳热还原法制备了LiFePO4/C复合材料。研究了草酸添加量、烧结温度以及碳含量对所制LiFePO4/C复合材料电化学性能的影响。结果表明:通过适量草酸可有效提高LiFePO4/C的电化学性能,并且当草酸添加量为LiH2PO4摩尔量的1.5倍、烧结温度为700℃、碳质量分数在8.8%左右时,所制材料表现出最佳电化学性能:其0.2C倍率下放电比容量可达154 mAh/g;5.0C高倍率下具有约120 mAh/g的可逆放电比容量;1.0C倍率下循环充放电1 000周容量保持率达98%。     

镍钴酸锂的空气气氛下高温固相合成

通过改进马弗炉结构,在空气气氛下合成了LiNi0.7Co0.3O2锂离子二次电池正极材料。利用XRD、SEM和循环充放电测试等手段,研究了材料结构与电化学性能之间的关系。实验电池以C/3的电流倍率在2.7~4.2V进行恒流充放电循环,电池首次充电比容量与放电比容量分别为181mAh/g和157mAh/g,库仑效率为86.7%。经过15次循环后,放电比容量趋于稳定,库仑效率保持在98%以上。循环40次,放电比容量为122mAh/g。     

掺杂和碳包覆对锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)性能的影响

采用固相法首次合成了碳包覆的掺杂不同金属离子的锂离子电池负极材料Li3.9M0.1Ti5O12/C(M=Mn、Cu、Mg),对材料进行了循环伏安测试及恒电流充放电测试。结果表明:金属掺杂未改变材料的晶体尖晶石结构,由于金属离子对Li4Ti5O12的晶胞内部的掺杂和C对其外部的包覆,使复合材料的锂离子扩散速率、大电流循环稳定性和可逆容量都明显提高。在1C充放电循环时,Li3.9Mn0.1Ti5O12/C、Li3.9Cu0.1Ti5O12/C、Li3.9Mg0.1Ti5O12/C首次放电容量分别达到156.6,162.4和169.8 mAh/g;50次循环后,容量分别保持在155.4,159.6和169.7 mAh/g,展示了优良的电化学特性。     

硅负极用单宁酸复合海藻酸基双网络粘结剂性能研究

兼具高理论比容量与低工作电压的硅在高能量密度锂离子电池领域具有重大应用潜力,然而其在循环过程中存在巨大的体积变化,导致其循环性能急需提升。基于此,通过小分子单宁酸的引入,在海藻酸、聚乙烯吡咯烷酮双网络高分子体系中构建了氢键交联的动态网络,实现了一种兼具良好韧性与热稳定性的自修复海藻酸基双网络粘结剂,可以有效地缓冲硅颗粒在多次充放电循环过程中的巨大机械应力,进而支撑硅负极在0.2C电流密度下循环200圈后,仍然维持1675.9 mAh·g^-1的放电比容量,甚至在1C电流密度下的放电比容量仍保持在1173.1 mAh·g^-1,说明单宁酸增强海藻酸基双网络粘结剂可以提升硅颗粒的电化学性能,有望推动硅电极的产业化进程。     

LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系的性能研究

采用高温固相法合成了锂离子电池用正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和负极材料Li4Ti5O12。通过XRD和SEM分析,并借恒电流充放电和循环伏安法测试了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池体系的电化学性能。结果表明:LiNi0.5Mn1.5O4和Li4Ti5O12均为尖晶石结构,LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12电池具有良好的充放电循环可逆性,以0.5C倍率充放电,首次放电比容量可达124.31mAh·g–1,充放电循环50次后,放电比容量在116mAh·g–1以上,容量保持率为93.32%。     

LiFePO_4/膨胀石墨复合材料的制备及性能

采用机械球磨法合成LiFePO_4/膨胀石墨复合材料,讨论了膨胀石墨不同添加量对复合材料电化学性能的影响。运用扫描电镜、四探针测试和恒流充放电等对材料的表面形貌、电阻率和电化学性能进行了研究。结果表明:当膨胀石墨的添加量为质量分数1.0%时,其电化学性能最优异,0.2C放电比容量可达到164.2mAh/g,1.0C循环60次后,其放电比容量仍有151.6mAh/g,3.0C充放电后,其容量保持率仍有89.6%。     

n型硅/碳复合材料的制备及电化学性能研究

基于施主掺杂原理,制备了掺有微量磷元素的n型硅负极材料,为改善其循环性能,通过碳包覆的方法进一步制备了硅/碳复合锂离子电池负极材料。利用XRD、SEM、恒流充放电、交流阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)等测试手段对所制n型硅及硅/碳复合材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征分析。结果显示:所制n型硅具有与普通硅一致的晶体结构、良好的充放电平台、较高的容量以及很好的导电性,其电化学性能在碳包覆后有所改善,第一次放电比容量可达1 776.7 mAh/g,15次循环后仍可达1 000 mAh/g以上,库仑效率均保持在98%左右。     

锂离子电池混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4电化学性能研究

采用湿法球磨制备了锂离子电池用混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了材料的结构和形貌,采用恒流充放电测试、循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS)方法研究了混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4的电化学性能。结果表明：混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4的晶体结构完好,碳包覆的纳米LiFePO4颗粒较好地包覆在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2表面。含质量分数15% LiFePO4的混合正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/LiFePO4电化学性能优良,0.2C首次充放电比容量为181.40 mAh?g–1,首次充放电效率为90.79%;1.0C循环50次后放电比容量为169.89 mAh?g–1,容量保持率为97.80%;3.0C循环5次后的放电比容量为162.22 mAh?g–1,容量保持率仍有89.43%;60 ℃高温存储7 d后,容量保持率和容量恢复率分别为86.48%和97.32%。     

V2O5(TiO2)/S复合材料作锂电池正极的性能研究

为了改善锂硫电池的循环性能,将单质硫分别与纳米金属氧化物(V2O5,TiO2)机械混合。用XRD对材料的晶体结构进行了表征。通过循环伏安、交流阻抗和电池性能的对比,对材料的电化学性能进行了分析。结果表明:采用V2O5改性的硫材料,首次放电比容量达844.68 mAh.g–1,样品循环容量衰减明显改善,30次后比容量保持在696.71 mAh.g–1。而TiO2/S复合材料,初始放电比容量为578.21 mAh.g–1,30次循环后比容量为347.71 mAh.g–1。     

不同碳源对碳热还原法合成Li_2FeSiO_4/C电化学性能的影响

以Li2CO3为锂源、Fe2O3为铁源、Si(OCH2CH3)4为硅源、羟乙基纤维素和蔗糖分别为碳源,采用碳热还原法制备了Li2FeSiO4/C锂离子电池复合正极材料,考察了羟乙基纤维素和蔗糖分别作为碳源对合成的Li2FeSiO4/C电化学性能的影响。结果表明:当烧结温度为600℃、烧结时间为10 h时,由羟乙基纤维素作为碳源制备的Li2FeSiO4/C样品在1.5～4.7 V、0.2C和20℃时的首次放电比容量为113.6 mAh/g,20次循环后放电比容量仍保持在102.3 mAh/g。较之蔗糖碳源样品,颗粒更小、分布更均匀,其电荷转移阻抗减小了80%、锂离子扩散系数增加了20%。     

LiAl_(0.03)Mn_(1.97)O_4的流变相辅助微波合成及电化学性能

采用流变相辅助微波合成法,制备了结晶度好、纯度高的尖晶石相的锂离子电池正极材料LiAl0.03Mn1.97O4。对其进行了XRD分析和SEM研究,并与传统固相法制备的LiMn2O4和LiAl0.03Mn1.97O4进行了比较。结果表明,该合成法制备的LiAl0.03Mn1.97O4具有优良的电化学性能,用这种材料制造的电池具有比较高的首次放电容量(115 mAh/g)以及良好的可逆性和循环性能,25次循环后比容量几乎不变,保持在115 mAh/g左右。     

酚醛基碳对Si/C负极材料的电化学性能影响研究

以酚醛树脂为碳源,通过高温热解法成功制备了硅碳复合材料(Si/C)。采用热重分析、X射线衍射和扫描电镜方法表征材料的组成、结构和形貌,采用恒流充放电测试、循环伏安法和交流阻抗谱探究了原料配比对硅碳复合材料电化学性能的影响。结果表明,纳米硅与酚醛树脂质量比为1∶1时,纳米硅表面被热解碳均匀包覆,有效提高了复合材料的电化学储能性能。这是因为碳包覆层有助于提高材料的导电率,并缓解硅在放电过程中的体积膨胀。测试发现材料在0.1C倍率下首次充放电比容量为1546 mAh/g;循环50次后可逆比容量为1443 mAh/g,容量保持率达93%;在1C倍率下仍具有1224 mAh/g的可逆比容量。     

尖晶石型LiMn_(2-x)Ga_xO_4的合成及电化学性能研究

为了提高锂离子电池尖晶石锰酸锂正极材料的循环性能和倍率性能,采用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备了LiMn2–xGaxO4(x=0,0.02,0.05,0.07)正极材料。研究了Ga掺杂对所制材料性能的影响。结果表明:制得的LiMn2–xGaxO4具有单一的尖晶石结构。当Ga3+掺杂量为x=0.05时,LiMn2–xGaxO4首次放电比容量为117.1 mAh/g,经过95次循环后,放电容量保持率高达97.9%;在高倍率4C条件下,首次放电比容量为100.9 mAh/g,30次循环后放电比容量为102.4 mAh/g,具有优异的倍率性能。     

Electrochemical properties of BiFeO3 nanoparticles: Anode material for sodium-ion battery application

We report on synthesis and possibilities of utilizing BiFeO₃ (BFO) nanoparticles and bulk materials as an anode component for sodium (Na) ion batteries. XRD and Raman spectroscopy measurements shows that as synthesized BFO exhibits rhombohedrally distorted perovskite structure. Cyclic voltammetry (CV) reveals that conversion redox mechanism takes place at first discharge and subsequently two alloying process. The specific capacity of BFO bulk material is seen to be 650 mAh/g at first cycle and gradually decreases to 250 mAh/g after 30 cycles (0.1 C rate). After 30 cycles, capacity fading takes place very slowly and is observed to be 180 mAh/g at 100th cycle. The discharge capacity of BFO material at different current rates is carried out and the better performance is seen at the current rates of 25 mA/g. The conversion reaction mechanism during the electrochemical reaction in BiFeO₃ is probed by combining ex-situ XRD and XPS measurements after electrochemical cycling. CV of BFO nanoparticles exhibit very stable performance. Whereas, the charge discharge curve shows similar capacity fading as the bulk BFO. High initial capacity of BiFeO₃ gives an indication that it can be utilized as an anode component for Na ion batteries after stabilizing the capacity fading.     

中间相碳微球改性的正极材料LiMn2O4性能研究

采用柠檬酸络合法制备中间相碳微球(Mesocarbon microbeads,以下用C表示)改性的LiMn2O4。通过X射线衍射、循环伏安、电化学阻抗、充放电测试对模拟电池性能进行了测试。结果表明:C的加入有助于Li+在正负极之间嵌入和脱嵌,其中w(C)为3%时效果最好,首次放电容量达128.82mAh/g,经过30次循环后的比容量为119.58mAh/g,说明C加入增大了比容量,稳定了其循环性能。     

树枝状氧化铁单晶的合成及其电化学性能研究

因其低成本和高的储锂能力,Fe2 O3作为一种极具潜力的锂离子电池负极材料而受到广泛的关注.采用水热法一步合成Fe2 O3,并应用在锂离子电池负极材料.采用XRD、SEM和TEM对样品的晶型与形貌进行分析,表明合成样品为树枝状Fe2 O3单晶.在电池的电化学测试中,树枝状Fe2 O3单晶电极表现出优异的循环稳定性(在1...     

烧结温度对共沉淀法合成LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2电化学性能的影响

采用并流共沉淀法制备了前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2,然后采用高温固相反应法制备了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2,通过热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与恒流充放电测试等研究了烧结温度对所制备材料物相结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,在卧式管式炉中空气气氛下进行两段控温烧结:第一段烧结温度为700℃,第二段烧结温度为750℃时,合成的LiNi0.8Co0.2O2具有良好的六方晶系α-NaFeO2层状结构;在0.5C充放电倍率下和2.7-4.3 V电压范围内,其首次放电比容量为153.0 mAh/g,20次循环后的容量保持率高达98.5%。