SnSe2纳米晶耦合分层多孔碳微球作为长寿命钠离子电池负极材料（英文）

硒化锡用于钠离子电池负极时具有较高的理论比容量且其成本低廉,因而备受关注.然而,由于其固有的低导电性,以及在充放电过程中的缓慢动力学和体积膨胀,硒化锡作为钠离子电池负极材料表现出的性能较差.本文首次合成SnSe2纳米晶耦合分层多孔碳微球(SnSe2NCs/C)用于增强钠离子电池的比容量、倍率能力和持久性.SnSe2NCs/C独特的结构可以有效阻止SnSe2纳米晶的团聚,减轻材料体积膨胀,加快电子和离子的扩散,增大电解液与电极材料的接触面积,提高材料结构的稳定性.所制备的SnSe2NCs/C微球具有较高的可逆比容量(在100 mA g^-1的电流密度下循环100圈后仍保持565 mA hg^-1的比容量),出色的倍率能力和长循环寿命稳定性(在1 Ag^-1的电流密度下循环1000圈后仍保持363 mAhg^-1的比容量).     

电子堆积工程调控二硒化镍纳米片助力具有快速动力学的钠离子电池（英文）

近年来,钠离子电池电极材料引起了研究者们极大的兴趣.过渡金属硒化物具有高钠离子存储容量,是一种具有前景的钠离子电池负极材料.然而,该类材料较低的电导率以及钠离子脱嵌过程中巨大的体积膨胀,导致了其较差的钠离子电池倍率性能和循环寿命.本工作采用二维的双金属有机框架材料为模板,设计制造了多孔铁掺杂NiSe₂纳米片材料(Fe-NiSe₂@C NSs),该结构具有充分暴露的活性位点,增强的电导率,丰富的空隙和短电子传输路径,易于适应钠离子脱嵌带来的体积膨胀应力,并具有快速的电荷转移动力学.作为钠离子电池负极材料时,Fe-NiSe₂@C NSs表现出高比容量(5 A g^-1电流密度下为302 mA h g^-1)和优异的循环稳定性(5 A g^-1的电流密度下循环1000圈容量保持率为99%).此外,该材料在与Na₃V₂(PO₄)₂O₂F正极材料组成的钠离子全电池...     

一步碾磨法快速制备红磷嵌入的氮磷共掺杂分级多孔碳复合材料及其储锂性能研究（英文）

红磷因具有高理论储锂容量而成为新一代锂离子电池的重要候选材料,然而其实际应用却受到导电性差以及充放电过程中体积变化大的限制.针对以上问题,本文利用一步碾磨法制备了亚微米/纳米尺度红磷颗粒嵌入的氮、磷原子共掺杂分级多孔碳复合材料(P@NPHPC). NPHPC三维交联的分级多孔结构为红磷负载提供了充足的空间,促进了稳定磷/碳界面的形成,从而有效解决了红磷作为电极材料的不足.基于此, P@NPHPC负极表现出良好的循环稳定性(100 mA g^-1电流密度下, 100次循环后比容量为1120 mA h g^-1)和优越的倍率性能(6400 mA g^-1电流密度下比容量为248 mA h g^-1).本工作对高性能磷/碳复合材料的批量制备及实际应用具有指导意义.     

竹基碳纤维/MoS2锂离子电池负极材料

随着电子产品、电动汽车以及智能电网的快速发展,不仅需要锂离子电池(LIBs)具有优异的储锂性能,而且要求电极材料成本低廉、资源丰富和绿色环保。基于碳负极材料的优点,将废弃的一次性竹筷,在碱性溶液中经过可控的热处理,利用竹子中丰富的天然纤维素,从而获得尺寸均匀的碳纤维(CFs)材料。相比于石墨电极,竹基CFs作为LIBs的负极材料时表现出优异的电化学性能。为进一步提高其储锂性能,以CFs为骨架,通过水热法在其表面制备了一层二硫化钼(MoS₂)纳米花,形成核壳结构的CFs/MoS₂复合电极材料。电化学测试结果表明,CFs电极在200 mA/g的电流密度下循环500次,放电比容量仍有381.1 mA·h/g;CFs/MoS₂复合材料在1 000 mA/g的大电流密度下经过1 000次循环,仍保持有843 mA·h/g的放电比容量。     

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.     

具有共价键特征的金属-有机基团促进高性能钾离子电池（英文）

钾离子电池(PIBs)面临的一个关键问题是设计具有先进结构的负极材料,以实现快速电荷传输以提高钾的存储性能.采用碳二亚胺铁(FeNCN)作为阳极,由于其含有一定数量的共价键且在分子水平上具有稳定的结构,使得储钾系统能够实现优异的电化学性能.FeNCN阳极具有高导电性,带隙接近0 eV,并且由于其共价键结构具有良好的结构稳定性.此外,无定形反应产物也为离子扩散提供了多种途径.因此,FeNCN阳极表现出高可逆比容量(在50 mA g^-1电流密度下具有600 mA h g^-1比容量),显著的倍率性能和长寿命循环(电流密度为500 mA g^-1时拥有400 mA h g^-1比容量且超过300次循环).通过理论模拟、X射线原位衍射分析和X射线光电子能谱分析揭示了Fe²⁺和K⁺之间的转化反应机理.此外,将FeNCN负极与苝-3,4,9,10-四羧酸二酐正极材料匹配,组装成的全电池在198.6 Wkg^-1的功率密度下实现了184.7 W h kg<...     

MSb2型金属化合物作为锂离子电池负极材料的研究

采用真空悬浮熔炼与高能球磨制了MSb2(M-Co和Fe)型合金粉末,利用恒电流电池测试仪研究了其电化学性能,研究发现CoSb2和FeSb2电极的嵌／脱锂平台在0．8和1．0V左右,在20mA/g电流密度下的首次嵌锂反应的可逆容量为430mAh/g,电流密度为100mA/g条件下,CoSb2首次嵌锂反应的可逆容量为380mAh/g,FeSb2首次嵌锂反应的可塑容量340mAh/g,,所以,MSb2型金属锑化物可以作为锂离子电池极材料的假选材料。     

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。     

V2C@MoS2复合材料的制备及其储锂性能研究

由于较高的理论容量,二硫化钼(MoS_2)是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料;然而其也存在导电性较差和结构不稳定等问题。本文采用一步水热法将MoS_2原位生长在V_2C-MXene的表面,制备出了V_2C@MoS_2复合材料。利用XRD、SEM、TEM对制备的复合材料进行了结构表征,并采用循环伏安(CV)法、恒电流充放电法和交流阻抗法分析了该复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,实验制得了结晶度良好的MoS_2纳米片,且均匀的负载在V_2C的表面;同时,掺杂的V_2C极大地提高了复合材料的导电性和结构稳定性,使V_2C@MoS_2作为锂离子电池负极材料表现出了优异的电化学性能,在50mA/g的电流密度下,循环50次后依然能保持524.4 mAh/g的可逆比容量,并且在1 A/g的大电流密度下,依然具有258.1 mAh/g的可逆比容量。     

锑硅纳米复合薄膜作为钠离子电池负极材料的电化学行为研究

近年来, 合金作为钠离子电池的负极材料具有较高的比容量而受到广泛关注。然而, 硅与钠离子的电化学反应活性很低, 硅基合金型负极材料鲜有报道。本研究通过脉冲激光沉积技术制备了锑硅(Sb-Si)纳米复合薄膜, 并对其作为钠离子电池负极材料的电化学性能和反应机理进行了研究。电化学性能表征发现, 锑硅纳米复合薄膜在10 μA/cm²的电流密度下, 循环100次后能保持约0.011 mAh/cm²(270 mAh/g)的可逆比容量, 远优于同样方法和条件下制备的单质锑和单质硅薄膜电极的电化学性能。进一步的研究表明, 在放电过程中, Sb和Si分别和钠离子发生合金化反应生成了Na₃Sb和NaSi的纳米晶。在充电过程中, Na₃Sb和NaSi纳米晶发生可逆的脱钠反应, 重新形成单质Sb和Si纳米晶粒。大量存在于锑硅纳米复合薄膜中的异质晶界有利于钠离子的扩散和输运, 从而提高了纳米复合薄膜电极的电化学性能。     

钠离子电池无粘结剂二氧化钛负极材料的合成

作为电池的重要组成部分,电极材料直接影响电池的能量密度。电极材料在制作过程中往往会添加粘结剂以稳定极片结构,但粘结剂的加入会降低电极材料的比容量,影响其离子迁移速率。通过在经水热反应刻蚀的钛箔/网上原位生长二氧化钛(TiO 2)得到无粘结剂TiO 2/Ti纳米线阵列电极,并系统地研究不同钛基底及水热反应温度对TiO 2/Ti纳米线阵列电极物理性能和电化学性能的影响。结果表明,不同钛基底及水热反应温度均对生长的TiO 2纳米线的形貌和电化学性能有重要影响。其中通过220℃水热反应生长在钛网(0.15 mm)上的TiO 2纳米线呈蛛网状,具有较大的比表面积,属于锐钛矿型TiO 2,储钠过程主要由赝电容效应控制,且具有优秀的电化学性能:首周放电比容量为986 mAh g^-1,库伦效率为21.7%;随后放电比容量逐渐稳定在240 mAh g^-1左右;循环200周后放电比容量仍能达到228 mAh g^-1,库伦效率稳定在99.3%左右;即使在3200 mA g^-1的超大电流密度下,放电比容量仍能达到152 mAh g^-1。无粘结剂电极材料极大可以有限地提升电极材料的比容量,对未来高能量密度电池体系的设计具有一定的理论意义和参考价值。     

退火调控的3D交联TiNb2O7纳米棒电极用于高效柔性锂离子电容器（英文）

TiNb2O7的理论比容量高达280 mA h g^-1,是一类有前景的锂离子电容器负极材料.然而其较差的电子导电性严重限制了其倍率性能的提升.在本文中,我们在柔性碳布表面直接生长3D交联的TiNb2O7纳米棒多孔负极,并将其首次应用于柔性锂离子电容器;碳布的高导电性,单晶纳米棒结构较短的离子/电子传输路径以及良好的结构稳定性,有效提高了材料的倍率性能和循环稳定性.研究表明,Ti Nb2O7负极表现出优异的倍率性能(从1到40 C,容量保持率高达66.3%),出色的循环稳定性(>2000圈),以及良好的柔韧性(连续弯曲500次后容量无损失).此外,将无粘结剂的Ti Nb2O7负极和商用活性炭正极搭配成锂离子电容器,展现出了较高的质量和体积能量/功率密度(~100.6 W h kg^-1/4108.8 W kg^-1;10.7 m W h cm^-3/419.3 mW cm^-3),优于先前报道的混合超级电容器,同时该器件可以在180°弯曲状态下为LED灯供电.     

中空海胆状结构的碳包覆Fe2O3用作锂离子电池的高性能负极材料

Fe2O3由于成本低廉,储量丰富和理论比容量高(1007 mA hg^-1)等特点,在锂离子电池负极材料的应用中极具发展前景.然而一些问题仍然存在,如:充放电过程中比容量的迅速衰减,不可逆的体积膨胀以及较短的循环寿命等.这些问题严重制约了Fe2O3在锂离子电池中的实际应用.为了突破这些局限,本文以金属-有机骨架(MOF...     

NaFeTiO4 nanorod/multi-walled carbon nanotubes composite as an anode material for sodium-ion batteries with high performances in both half and full cells

NaFeTiO4 nanorods of high yields (with diameters in the range of 30-50 nm and lengths of up to 1-5 μm) were synthesized by a facile sol-gel method and were utilized as an anode material for sodium-ion batteries for the first time.The obtained NaFeTiO4 nanorods exhibit a high initial discharge capacity of 294 mA·h·g-1 at 0.2 C (1 C =177 mA·g-1),and remain at 115 mA·h·g-1 after 50 cycles.Furthermore,multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were mechanically milled with the pristine material to obtain NaFeTiO4/MWCNTs.The NaFeTiO4/MWCNTs electrode exhibits a significantly improved electrochemical performance with a stable discharge capacity of 150 mA·h·g-1 at 0.2 C after 50 cycles,and remains at 125 mA·h·g-1 at 0.5 C after 420 cycles.The NaFeTiO4/MWCNTs//Na3V2(PO4)3/C full cell was assembled for the first time;it displays a discharge capacity of 70 mA·h·g-1 after 50 cycles at 0.05 C,indicating its excellent performances.X-ray photoelectron spectroscopy,ex situ X-ray diffraction,and Raman measurements were performed to investigate the initial electrochemical mechanisms of the obtained NaFeTiO4/MWCNTs.     

自组装二氧化锰纳米片包覆嵌硫多通道碳纳米纤维复合物在锂硫电池阴极中的应用

由于可充电锂硫电池在能量密度方面具有显著的优势,因此被认为是很有前途的下一代储能体系.然而,多硫化物的穿梭和硫的绝缘特性,导致了锂硫电池严重的容量衰减和低硫利用率,阻碍了它们的实际应用.因此,本研究合理设计制备了一种二氧化锰纳米片包覆嵌硫多通道碳纳米纤维复合物用于锂硫电池阴极.多孔多通道碳纳米纤维的高导电性促进了电极中电子和离子的传输动力学,多孔结构将硫包裹并隔离在其内部空隙中,在物理上延缓了高阶多硫化物的溶解.此外,二氧化锰壳层对高阶多硫化物的物理限制和化学吸附相结合,可以隔离长时间充放电循环后从碳基体中泄漏的多硫化物,从而进一步提高电极的电化学性能.     

高性能锂离子电池正极Calix[6]quinone（英文）

有机醌类化合物因其具有高的理论容量值而引起了人们的广泛关注.本文合成了一种新型的环状大分子Calix[6]quinone(C6Q),它由6个对苯醌单元组成,可提供12个电化学位点,是一种极具发展前景的锂离子正极材料.C6Q在0.1 C的电流密度下展示了高达423 mA h g^-1的初始放电比容量(理论放电比容量为447 mA h g^-1).经过100圈充放电循环之后,它的容量保持在216 mA h g^-1;经过300次循环之后,仍然拥有195 mA h g^-1的高容量.C6Q具有高容量和宽的电化学窗口,因此可以提供高达1201 W h kg^-1的能量密度.此外,使用有序介孔碳CMK-3固载C6Q的方法可以进一步提高C6Q的电化学性能.     

氮掺杂空心碳纤维用作高性能钾离子电池自支撑负极材料

本文报道了一种具有多级结构(氮掺杂团簇复合中空碳纤维)、高可逆容量的钾离子电池负极材料(NHCF@NCC).该电极材料以多孔氮掺杂中空碳纤维为骨架,具有大比表面积,可有效地缩短钾离子的扩散距离,增加电极材料与电解质的接触界面.另外,附着在中空碳纤维上的不规则的氮掺杂团簇可以提供更多的反应活性位点.由于碳纤维高的纵横比,...     

High Areal Capacity and Lithium Utilization in Anodes Made of Covalently Connected Graphite Microtubes

Lithium metal is an attractive anode material for rechargeable batteries because of its high theoretical specific capacity of 3860 mA h g^?1 and the lowest negative electrochemical potential of ?3.040 V versus standard hydrogen electrode. Despite extensive research efforts on tackling the safety concern raised by Li dendrites, inhibited Li dendrite growth is accompanied with decreased areal capacity and Li utilization, which are still lower than expectation for practical use. A scaffold made of covalently connected graphite microtubes is reported, which provides a firm and conductive framework with moderate specific surface area to accommodate Li metal for anodes of Li batteries. The anode presents an areal capacity of 10 mA h cm^?2 (practical gravimetric capacity of 913 mA h g^?1) at a current density of 10 mA cm^?2, with Li utilization of 91%, Coulombic efficiencies of ≈97%, and long lifespan of up to 3000 h. The analysis of structure evolution during charge/discharge shows inhibited lithium dendrite growth and a reversible electrode volume change of ≈9%. It is suggested that an optimized microstructure with moderate electrode/electrolyte interface area is critical to accommodate volume change and inhibit the risks of irreversible Li consumption by side reactions and Li dendrite growth for high‐performance Li‐metal anodes.     

A Carbonyl Compound‐Based Flexible Cathode with Superior Rate Performance and Cyclic Stability for Flexible Lithium‐Ion Batteries

A sulfur‐linked carbonyl‐based poly(2,5‐dihydroxyl‐1,4‐benzoquinonyl sulfide) (PDHBQS) compound is synthesized and used as cathode material for lithium‐ion batteries (LIBs). Flexible binder‐free composite cathode with single‐wall carbon nanotubes (PDHBQS–SWCNTs) is then fabricated through vacuum filtration method with SWCNTs. Electrochemical measurements show that PDHBQS–SWCNTs cathode can deliver a discharge capacity of 182 mA h g⁻¹ (0.9 mA h cm⁻²) at a current rate of 50 mA g⁻¹ and a potential window of 1.5 V–3.5 V. The cathode delivers a capacity of 75 mA h g⁻¹ (0.47 mA h cm⁻²) at 5000 mA g⁻¹, which confirms its good rate performance at high current density. PDHBQS–SWCNTs flexible cathode retains 89% of its initial capacity at 250 mA g⁻¹ after 500 charge–discharge cycles. Furthermore, large‐area (28 cm²) flexible batteries based on PDHBQS–SWCNTs cathode and lithium foils anode are also assembled. The flexible battery shows good electrochemical activities with continuous bending, which retains 88% of its initial discharge capacity after 2000 bending cycles. The significant capacity, high rate performance, superior cyclic performance, and good flexibility make this material a promising candidate for a future application of flexible LIBs.