锂离子电池负极材料石墨烯复合氧化铋的电化学性能研究

通过水热法制备Bi_2O_3-rGO复合物作为高性能锂离子电池负极材料。Bi_2O_3颗粒均匀分布在石墨烯片层中,形成网络结构。Bi_2O_3-rGO复合物负极材料表现出了优异的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下,首次放电比容量为1 438.6 m A·h/g,循环100次后容量为312.1 m A·h/g,高于未包覆的Bi_2O_3粉末(首次放电比容量为1 709.6 m A·h/g,循环100次后容量为47 m A·h/g),且在800 m A/g的电流密度下,容量仍有239.1 m A·h/g。Bi_2O_3-rGO复合物优异的电化学性能主要归因于高的电子导电率、大的比表面积及低程度的结构坍塌。     

碳纳米管增强三元材料的电化学性能

以碳纳米管(MWCNTs)代替导电碳黑(SP)添加到镍钴锰(LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2)三元材料,制成正极浆料涂覆于铝箔上并组装成扣式电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行结构和性能表征,通过恒流放电和电化学阻抗(EIS)检测电池的电化学性能。分别对掺杂了0.5%、1.%、2%、5%、10%MWCNTs的三元材料进行电化学性能检测,结果显示,5%MWCNTs的三元材料在0.1C放电时,首次和第30次循环的放电比容量分别达到179m A·h/g和167m A·h/g;对比含5%SP的三元材料,放电比容量分别提升了9.9%和8.4%,循环稳定性和倍率性能大幅度提高。以20MPa压力对极片进行密实处理,电极的电化学性能进一步改善,首次和30次循环放电容量分别达到204m A·h/g和187m A·h/g。     

氧化锰薄膜的制备及其电化学性能

采用简单的水热法制备了锰氧化物薄膜前驱体,并结合后期热还原处理制备了基于镍基底的氧化锰薄膜材料,将其作为锂离子电池负极材料,研究其电化学性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征了样品的成分、形貌和结构。通过充放电测试和循环伏安等方法对材料的电化学性能做了测试。由于纳米结构的活性物质直接生长在导电性基底上,该氧化锰薄膜材料具有较高的放电比容量(0.2C放电比容量为684 m A·h/g),优越的倍率性能(5C和20C下放电比容量分别为450 m A·h/g和174 m A·h/g)和良好的循环性能,在0.5C下经过60次循环,其放电比容量仍保持在470 m A·h/g。实验结果表明,该方法合成的氧化锰纳米结构薄膜是一种很有前景的锂离子电池负极材料。     

原料浓度比对T型微反应器共沉淀制备多孔一氧化锰/碳的影响

以一水合硫酸锰、碳酸氢铵为原料,采用T型微反应器共沉淀法制备了球形碳酸锰,以该碳酸锰为前驱体,蔗糖为碳源煅烧后得到球形多孔一氧化锰/碳锂离子电池负极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、氮气吸附-脱附曲线、恒电流充放电测试、交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV)等方法研究了原料浓度比对一氧化锰/碳电极材料的结构、形态和电化学性能的影响。结果表明,首次放电比容量可以达到1 129.69 m A·h/g,第二圈的放电比容量为707.03 m A·h/g,接近于理论比容量,循环50圈以后,容量仍可以保持在576.93 m A·h/g,显示出较好的电化学性能。     

一步合成ZrO_2表面包覆F、Al共掺尖晶石锰酸锂及其性能研究

采用喷雾干燥法制备了形貌规整、粒径分布均匀的球型前驱体,再通过煅烧制备了包覆改性复合掺杂尖晶石锰酸锂材料,利用X射线衍射(XRD)、激光粒度、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、CV测试、EIS分析、充放电测试对其结构和电化学性能进行表征,并探究了不同二氧化锆包覆质量分数对氟铝共掺杂材料性能的影响。结果表明,当二氧化锆包覆质量分数为3%时,0.1 C倍率首次放电比容量为118.5 m A·h/g,1 C倍率循环260次后放电比容量为98.2 m A·h/g,容量保持率为83.2%,相比未包覆样品的循环性能有较大提升。     

金属有机骨架材料制备的多孔炭在锂硫电池中的应用

以水热法制备的镍基金属有机骨架为前驱体,经掺杂改性、高温炭化制得一种表面富含氮原子的多孔炭材料,并与升华硫复合制备硫/炭复合正极材料。利用扫描电镜、比表面分析仪及电化学测试等方法表征材料的结构、形貌和电化学性能。实验结果表明,这种富含N的复合正极材料在电流密度167.5 m A·g~(-1)(0.1 C倍率)下首次放电比容量达到1 218.9 m A·h/g,循环50次后比容量降为560.1 m A·h/g,容量保持率为46%,相较于未掺杂氮的硫/炭复合材料,电化学性能得到显著提高。     

复合溶胶–凝胶一锅法制备锂离子电池氧化亚硅/碳复合负极材料

采用复合溶胶–凝胶法结合后续热处理,制备了具有包埋结构的氧化亚硅/碳(SiO_x/C)复合负极材料。扫描电子显微镜分析结果表明:氧化亚硅纳米颗粒嵌入在无定形碳中。电化学性能测试表明:SiO_x/C复合材料具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。材料在0.1 A/g的电流密度下100次循环后的可逆比容量为710 m A·h/g,容量几乎无衰减;在1.6 A/g的电流密度下,可逆比容量为380 m A·h/g。优异的电化学性能是由于材料的包埋结构能有效地缓冲SiO_x充放电过程中的体积膨胀,保证材料的结构完整性和电化学循环稳定性。     

络合剂对溶胶-凝胶法制备LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料电化学性能影响

以马来酸、甘氨酸或柠檬酸作为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池Li Ni0.80Co0.15Al0.05O_2正极材料,对比了络合剂种类对样品电化学性能的影响。结果表明:采用不同络合剂制备的样品都具有层状结构,以柠檬酸为络合剂制备的样品存在较多的八面体单晶体。电化学分析显示,以马来酸为络合剂制备的样品具有最佳的充放电和循环性能:0.2C下首次放电容量为176 m A·h/g,30次循环后容量保持率为97.3%;1C下首次放电容量为162 m A·h/g,30次循环后容量保持率为92.3%。根据循环伏安曲线得到的锂离子的扩散系数表明,采用马来酸为络合剂制备的样品具有最大的扩散系数。     

热处理温度对锂电池硅/炭负极材料的影响

以多巴胺为碳源,在纳米硅表面包覆炭层,制备了锂离子电池负极用硅/炭复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和锂离子电池性能测试等方法研究不同热处理温度对材料物相组成、结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,热处理温度越高,材料的结构越利于提高其电化学性能。1 100℃处理的硅/炭复合材料的颗粒呈近球形且炭层更均匀,循环性能也更优异,首次充放电效率高达77.24%,在100 m A·g~(-1)电流密度下充放电循环20次后放电比容量仍有715.4 m A·h·g~(-1)。     

氮离子掺杂对二氧化钛纳米片负极材料电化学性能的影响

通过水热法结合碳包覆的途径,制备出碳包覆的二氧化钛样品,并对样品进行氮掺杂后作为钠离子电池负极材料。通过XRD、SEM、XPS、充放电测试对其进行结构、形貌分析和电化学性能研究。结果发现,氮离子掺杂对二氧化钛的晶型没有影响,且氮离子成功地掺入晶体内部。氮离子掺杂后,样品N-TiO_2的倍率性能有了明显的提高。在5 A/g电流密度下,样品二氧化钛和N-TiO_2的放电比容量分别为120.5、141.9 m A·h/g。在1 A/g的电流密度下,样品二氧化钛和N-TiO_2的放电比容量分别为115、170.8 m A·h/g,循环1 000圈后,放电比容量依然高达111.2、168 m A·h/g,样品N-TiO_2和二氧化钛均具有优异的循环稳定性,但氮离子掺杂后,比容量有了显著的提高。实验表明,氮离子掺杂后,材料中产生的Ti3+和氧空位有效地提高了材料的导电性,使得其电化学性能有了明显的改善。     

Na_3CrV(PO_4)_3@C钠离子电池正极材料的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了NASICON结构Na_3CrV(PO_4)_3@C钠离子电池正极材料,所包覆的碳源为聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)和柠檬酸。通过XRD、Raman、XPS、TGA、SEM等对材料的结构组成和形貌进行表征,同时组装成扣式电池进行电化学性能测试,观察碳包覆对Na_3CrV(PO_4)_3正极材料电化学性能的改善情况。结果表明,碳包覆之后材料的比容量显著提高,当电压范围为1.3～4.3 V时,材料在1 C的倍率下循环100圈后拥有167 m A·h/g的放电比容量,在20 C大倍率下循环500圈后拥有90 m A·h/g的放电比容量。     

MnTiO_3/C复合材料的制备及其电化学性能研究

为提高锂离子电池负极材料循环稳定性和倍率性能,采用溶剂热和高温热处理方法制备了MnTiO_3/C锂离子电池负极材料。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)和恒电流循环充放电等测试方法对材料结构形貌、物相组成和电化学性能进行分析测试。TiO_2的加入和碳包覆提高了电池负极材料的循环稳定性,缓解了材料体积效应并增加了电导率。MnTiO_3/C复合材料在1 000 m A·g~(-1)的电流密度下充放电循环160次后放电比容量仍有466 m A·h·g~(-1),是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料。     

以废旧锌锰干电池制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2及改性研究

采用干湿结合回收技术回收了废旧锌锰干电池中的锰,讨论了硝酸浓度对碳酸锰回收率的影响。将得到的碳酸锰作为锰源,采用溶胶凝胶法制备了三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。通过沉积法使氢氧化铝胶体沉积在材料表面对三元正极材料进行表面包覆改性。而且对所得产品进行了XRD、TEM表征和电化学性能检测。结果表明,少量包覆不会改变材料的层状结构,材料首次放电比容量达到152 m A·h/g,且提高了循环性能,循环充放电100次后,放电比容量为117.3 m A·h/g。     

金属有机骨架衍生的碳化铁/碳制备及其电化学性能

采用水热法成功地合成了前驱体,并在氮气条件下煅烧得到氮掺杂的碳化铁/碳立方体。通过XRD、BET、 SEM、TEM对目标产物进行了表征,研究了氮掺杂的碳化铁/碳立方体的微观结构、表面形貌。氮掺杂的碳化铁/碳立方体作为锂离子负极材料的电化学测试表明,在200 m A/g的电流密度下首次可逆容量达到889 m A·h/g,循环200次后,容量保持率为88.1%。同时,电流密度从0.1 A/g增加到5 A/g,容量具有一定的衰减,但恢复到0.1 A/g时,容量几乎维持到原来的水平,表明其具有良好的倍率性能。所以,制备的氮掺杂的碳化铁/碳多孔立方体具有较高的比容量、良好的循环性能和广泛的应用前景。     

高取向富锂正极材料的合成及电化学性能

以六亚甲基四胺(HMT)为导向剂,通过水热法,在不同温度下合成了六边形薄片状的高取向三元前驱体NixCoyMn1-x-y(OH)2,采用氯化钾与氯化钠的混合熔盐法对前驱体进行煅烧后得到高取向富锂正极材料。经X射线衍射、扫描电镜等表征,材料具有良好的层状结构,在(003)晶面具有很高的择优取向。电化学测试结果表明,在0.1 C倍率下(20 m A/g),材料的首次放电容量为282.5 m A·h/g;1 C倍率下经30次循环放电容量从195.7 m A·h/g降至178.8 m A·h/g,容量保持率为91.4%;当倍率分别为2 C和5 C时,材料的放电容量分别为150.6 m A·h/g和110.0 m A·h/g。材料具有良好的循环稳定性和倍率性能。     

基于埃洛石的硅纳米管制备及储锂性能

以天然埃洛石为前驱体,通过低温铝热还原法和自模板法合成硅纳米管,研究了结构形貌在还原过程中的维持机理及储锂性能。结果表明:在低温铝热还原过程中,天然埃洛石中的铝氧八面体有助于维持埃洛石一维纳米管状结构进而得到硅纳米管。基于埃洛石的硅纳米管作为锂离子电池负极时具有优异的电化学性能,电极首次比放电容量高达3 150.2 (mA·h)/g,50次循环后显示出1 786.0 (m A·h)/g的高容量,为商业硅材料比容量的2倍以上,采用2 A/g大电流密度循环时,电极在200次循环后比容量能够保持1 197.6 mA·h/g,远高于商业硅电极。     

Li_2FeSiO_4/C复合材料的制备及电化学性能

以CH3COOLi、FeC2O4、纳米SiO2为原料,葡萄糖为碳源,超导碳为微波耦合剂,采用微波加热法合成了Li2FeSiO4/C材料。考察了不同微波时间对材料室温下电化学性能的影响,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线能谱对样品的晶型结构、表面形貌和组成进行表征分析。结果表明,微波合成法可以快速制备Li2FeSiO4/C材料,微波时间16min所得样品具有最好的电化学性能。室温下以C/16倍率进行充放电测试,放电容量为111.5mA·h/g;以0.2C进行充放电循环,首次放电容量为96.7mA·h/g,19次循环后容量仍有95.2mA·h/g。     

LiAlO_2包覆尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

采用超声辅助溶液法在尖晶石Li Mn_2O_4表面包覆LiAlO_2。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电及交流阻抗技术分析合成材料的结构、粒径、形貌及电化学性能。XRD测试结果表明:LiAlO_2包覆Li Mn_2O_4与Li Mn_2O_4的X射线衍射结果相差不大,包覆后的样品仍为尖晶石结构,没有出现杂质相。室温下0.2 C充放电时,包覆0.5%、1%、3%LiAlO_2的LiMn_2O_4首次放电比容量分别为123.3、120.2 m A·h/g和118.7 m A·h/g,低于未包覆Li Mn_2O_4的125.4 m A·h/g,但在1C和5C高倍率下,包覆3%LiAl O_2的Li Mn_2O_4放电比容量分别为107.8 m A·h/g和85.6 m A·h/g,高于未包覆的104.2 m A·h/g和64.1 m A·h/g。室温下以1 C倍率循环50次后,表面包覆3%LiAlO_2的Li Mn_2O_4的容量保持率比未包覆高出2.9%。     

改进固相法合成LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料及性能研究

采用同相法制备正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)/透射电镜(TEM)分析材料的结构和形貌特征,用LAND电池测试系统测试材料的电化学性能(充放电容量和循环性能等).以LiOH·H2O,H2C2O4·2H2O,Ni(AC)2·4H2O,Co(AC)2·4H2O和Mn(AC)2·4H2O为原料,采用固相法在不同煅烧温度和煅烧时间下制备的层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有典型的α-NaFeO2型层状结构特征,晶型结构完整.电化学性能测试结果表明,在850℃下保温15 h合成的正极材料电化学性能最优,在电流密度为120 mA/g、充放电电压在2.75～4.5 V时,经30次循环后放电比容量为163.5 mA·h/g,容量保持率为94%;50次循环后为157.2 mA·h/g,容量保持率为90.8%.     

晶须形中空多孔氮掺杂复合碳电极材料的制备及电化学性能研究

中空多孔碳因其低密度、大孔容、高比表面积以及优良的电导率,被视为一种理想的电负极材料。以纳米碳酸钙晶须为模板剂,负载聚多巴胺薄膜与氧化石墨烯,作为碳源与氮源,制备出晶须形中空多孔碳材料(Cw-GO),应用于锂离子电池负极。碳化过程中,碳酸钙晶须经高温分解释放出大量二氧化碳,刺破碳前体壳层,具有高效扩孔功能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附仪对样品形貌和结构进行了表征,利用循环伏安(CV)、阻抗谱(EIS)、循环充放电(GCD)对样品进行电化学性能检测。结果表明,复合材料Cw-GO在500 mA·g~(-1)的电流密度下,其初始放电比容量可达到1185.9 mA·h·g~(-1),在循环200次后,比容量为921.8mA·h·g~(-1),库仑效率基本保持在99.4%,表现出优异的电化学性能。