纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

具有优异锂存储性能的蛋黄蛋壳结构FeS2@CFs薄膜电极

利用简单的静电纺丝结合刻蚀和硫化策略获得了FeS₂@碳纤维（FeS₂@CFs）薄膜电极,每个独特的蛋黄蛋壳结构单元与全方位三维碳纤维导电网络之间的协同效应赋予了电极材料优异的锂存储性能。作为锂离子电池负极材料时,在5 A·g^-1的大电流密度下容量仍能保持在415.4 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1的电流密度下经过循环400圈的循环之后可逆容量约为977.9 mAh·g^-1。更重要的是,前驱体材料具有很广泛的扩展性,这可为柔性薄膜电极材料的制备提供一种设计思路。     

一维MoSe2@C钠离子电池负极材料的研究

层状二硒化钼负极由于其较大的层间间距(0.65 nm)、较高的理论容量和较大的表面积而在钠能量转换和存储方面受到了广泛的研究。然而，体积膨胀、导电性能差和层堆积仍然是巨大的挑战，这大大阻碍了MoSe₂电极在钠储能中的应用。因此，使用静电纺丝方法设计和制备了一维MoSe₂@C纳米纤维(缩写为1D-MoSe₂@C)。对1D-MoSe₂@C的结构、形貌和储钠性能进行了系统的研究。电化学测试表明，一维MoSe₂@C负极材料在0.2 A·g^-1和3 A·g^-1下显示出573.9 mA·h·g^-1和342.5 mA·h·g^-1的高放电容量。得益于一维导电碳骨架，在200次循环后，它在4 A·g^-1时可提供287.2 mA·h·g^-1的高可逆容量，容量保持率约为95.2%。     

Mo2N量子点@N-掺杂石墨烯复合材料的制备及储锂性能

为改善钼氮化物的电化学储锂性能，以钼酸铵、六次甲基四胺及氧化石墨烯（GO）为原料，通过水热、冷冻干燥及在H₂/N₂混合气中热处理，制备了Mo₂N量子点@氮掺杂石墨烯复合材料（Mo₂N-QDs@Ngs），并探究了GO复合量对电化学储锂性能的影响。透射电子显微镜（TEM）测试结果表明：制备的Mo₂N量子点尺寸约为2~5 nm，Mo₂N量子点均匀地分布在氮掺杂石墨烯的表面。电化学测试结果表明：当GO复合量为30%时（Mo₂N-QDs@Ngs-30），制备的复合材料具有最佳的电化学储锂性能，其在0.1 A·g^-1的电流密度下具有699 mA·h·g^-1的比容量，在2 A·g^-1下仍具有286 mA·h·g^-1的比容量。     

多孔FeF2正极材料的制备及电化学性能研究

利用分解反应中大比例质量损失和大量气体产生,制备出具有40.369m²·g^-1大比表面积的多孔FeF₂材料。多孔结构为FeF₂材料构建了优异的离子和电子导电通路,表现出优秀的倍率性能和循环性能。在2C、5C和15C的倍率下分别表现出589.21mAh·g^-1、406.95mAh·g^-1和83.53mAh·g^-1的高放电比容量。在0.5C和2C下,循环100次后放电比容量分别为502.5mAh·g^-1和267.9mAh·g^-1。该结果为电池正极材料提升倍率性能提供了新思路。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

Sb/Sb2O3/C复合纳米纤维膜制备与储锂性能研究

Sb作为锂离子电池负极材料具有较高的理论容量,但在合金/脱合金化过程中的体积粉化严重影响了其循环稳定性。本文首先合成了含锑MOF纳米片(Sb-MOF),并通过静电纺丝技术将其复合到纳米纤维中,经过热处理后制备了Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜。得益于Sb/Sb₂O₃在碳基质中的高分散性,所得复合纤维膜在锂离子电池中表现出优异的倍率和循环性能,具体表现为：在0.1 A g^-1和4 A g^-1电流密度下,可逆比容量分别为713 m Ah g^-1和352 m Ah g^-1;在1 A g^-1电流密度下循环500次后容量保持率为82.3%。优异的储锂性能、简单的工艺以及自支撑特性使得该Sb/Sb₂O₃/C复合纳米纤维膜作为自支撑电极在锂离子电池领域具有较大的发展潜力。     

超薄氮硫掺杂碳包覆二硫化铁的制备及储钠性能

钠离子电池（SIBs）因元素丰度高、成本低,在大规模储能领域具有广阔的应用前景,因此探索潜在的适配钠离子电池电极材料具有重要的研究意义。其中,高容量转化型负极材料硫化铁因元素丰度高、成本低、环境友好等优点备受关注。以活性大红染料为碳源,通过溶剂除杂和高温退火过程合成了小于2 nm超薄氮、硫掺杂碳材料包裹二硫化铁（FeS₂/N,S-C）微米颗粒复合材料。三维连续的碳网络与杂原子掺杂,能够协同促进快速的电子传导,可有效缓解二硫化铁储钠过程中的体积膨胀;同时,质量分数低于4%的极低碳含量有助于提升电极和电池的质量及体积能量密度。研究结果表明,FeS₂/N,S-C电极具有较高的可逆比容量（在0.1 A/g电流密度下可逆比容量达到758 mA·h/g）和优异的倍率性能（在10 A/g电流密度下保持207 mA·h/g的可逆比容量）。该研究工作不仅提供了一种潜在的低成本钠离子电池复合负极材料的制备方法,同时探索了高效氮掺杂碳包覆的新思路。     

一种可同时用于钠离子和钾离子电池的Bi2S3基负极材料初探

Bi₂S₃是一种有潜力的转换合金化负极材料,它具有较高的首次可逆钠离子充/放电容量567.6m Ah·g^-1/744.2m Ah·g^-1和钾离子充/放电容量464.3m Ah·g^-1/984.5m Ah·g^-1,但稳定性和倍率性能均有待改善。同步进行掺氮碳层包覆(Bi₂S₃@NC)和石墨烯包覆(Bi₂S₃@rGO)实验后,发现NC包覆效果不明显,而rGO在较少容量损失的前提下,大幅改善循环稳定性,经100次循环后分别用于钠离子和钾离子存储均可维持100m Ah·g^-1左右的可逆容量。且倍率性能改善更为明显,2000mA·g^-1时,Bi₂S₃@rGO仍能保持183.9mAh·g^-1的高可逆钠离子存储容量。     

FeS2@TiO2 nanorods as high-performance anode for sodium ion battery

Sodium-ion battery (SIB) is an ideal device that could replace lithium-ion battery (LIB) in grid-scale energy storage system for power because of the low cost and rich reserve of raw material. The key challenge lies in developing electrode materials enabling reversible Na⁺ insertion/desertion and fast reaction kinetics. Herein, a core-shell structure, FeS₂ nanoparticles encapsulated in biphase TiO₂ shell (FeS₂@TiO₂), is developed towards the improvement of sodium storage. The diphase TiO₂ coating supplies abundant anatase/rutile interface and oxygen vacancies which will enhance the charge transfer, and avoid severe volume variation of FeS₂ caused by the Na⁺ insertion. The FeS₂ core will deliver high theoretical capacity through its conversion reaction mechanism. Consequently, the FeS₂@TiO₂ nanorods display notable performance as anode for SIBs including long-term cycling performance (637.8 mA·h·g^-1 at 0.2 A·g^-1 after 300 cycles, 374.9 mA·h·g^-1 at 5.0 A·g^-1 after 600 cycles) and outstanding rate capability (222.2 mA·h·g^-1 at 10 A·g^-1). Furthermore, the synthesized FeS₂@TiO₂ demonstrates significant pseudocapacitive behavior which accounts for 90.7% of the Na⁺ storage, and efficiently boosts the rate capability. This work provides a new pathway to fabricate anode material with an optimized structure and crystal phase for SIBs.     

硼高效掺杂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料及其性能提升机制

高键能异质原子的高效掺杂是稳定高电压LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM）三元正极材料并提升其电化学性能的有效策略。借助含硼前体在二次颗粒表面富集及随后高温煅烧强化B³⁺体相扩散的策略,构建了硼离子高效掺杂NCM正极材料（NCM-B）。引入B—O键（键能：809 kJ·mol^-1）抑制了电化学反应过程中晶格氧析出,进而稳定材料的氧离子框架;此外,表面残余的高锂离子导体Li₂O-B₂O₃包覆层可以在一定程度上稳定电极-电解液界面。与改性前NCM相比,改性后的NCM-B正极材料在3.0~4.5 V电压区间的可逆比电容量可以达到193.7 mA·h·g^-1,在10 C大功率下,比电容量仍保持120 mA·h·g^-1（NCM仅为78.2 mA·h·g^-1）。1 C下连续循环100圈后,比电容量保持率从73%提升到90%。表面富集和扩散强化的思想也有望实现其他正极材料的高效掺杂。     

Preparation and lithium storage properties of Mo2N quantum dots@nitrogen-doped graphene composite

To improve the electrochemical lithium storage performance of molybdenum nitrides, Mo₂N quantum dots@nitrogen-doped graphene oxide sponge (Mo₂N-QDs@Ngs) was prepared by hydrothermal reaction, freeze-drying and calcination in H₂/N₂ mixture with ammonium molybdate ((NH₄)Mo₇O₂₄·4H₂O), hexamethylenetetramine (C₆H₁₂N₄) and graphene oxide (GO) as raw materials. The effect of GO content on the electrochemical lithium storage performance was investigated. The transmission electron microscope (TEM) results show that the size of the prepared Mo₂N quantum dots is about 2—5 nm, and the Mo₂N quantum dots are uniformly distributed on the surface of nitrogen-doped graphene. The electrochemical test results show that when the GO content is 30%, the prepared Mo₂N-QDs@Ngs-30 has the best electrochemical lithium storage performance, which has 699 mA·h·g^-1 specific capacity at the current density of 0.1 A·g^-1, and has 286 mA·h·g^-1 specific capacity even at the current density of 2 A·g^-1.     

高分散SiO2/石油沥青基多孔碳用于锂离子电池负极

二氧化硅(SiO₂)作为锂离子电池负极材料具有理论容量高、放电电位低、成本较低等特点,但存在导电性差、充放电过程体积膨胀严重以及容量衰减过快等问题。以石油沥青为碳源,利用硅烷偶联剂KH-540对纳米α-Fe₂O₃模板剂进行表面化学包覆,然后将硅源修饰模板剂与碳源混合,经碳化、酸洗等步骤得到高分散SiO₂/石油沥青基多孔碳(SiO₂/PC)。所得SiO₂/PC作为锂离子电池负极材料,在1 A·g^-1电流密度下,循环900圈后仍具有640 mA·h·g^-1的高可逆比容量。研究结果表明,高度纳米化的SiO₂在高温碳化过程原位生成,紧密牢固地负载于多孔碳表面,提高了其导电性,同时能够有效缓解SiO₂在充放电过程中的体积膨胀,抑制SiO₂的团聚或粉化,从而表现出优异的电化学性能。     

离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池

合成了功能化离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺盐（BMIMTFSI）作为高压锂离子电池电解液添加剂,用于抑制有机溶剂的氧化,以提高碳酸酯类电解液的耐高压性。分别采用充放电测试、电化学交流阻抗（EIS）、循环伏安法（CV）和扫描电子显微镜（SEM）等研究了LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池的电化学行为和LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料表面形貌。结果表明,当在电解液中添加20% （体积分数）BMIMTFSI时,LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池在室温、0.2C下的最高放电比容量是126.81 mA·h·g^-1,5C下的放电比容量为109.36 mA·h·g^-1,比在1 mol·L^-1 LiPF₆-EC/DMC电解液中的放电比容量提高了91.7%;且该电池在0.2C下循环50圈后的放电比容量保持率在95%左右,比用碳酸酯类电解液提高了近10%。SEM结果表明,在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI后,LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极表面附着了一层均匀且致密的固态电解质界面（SEI）膜。     

Synthesis of bimetallic sulfide CuCo2S4 and its application in lithium-sulfur batteries

Lithium-sulfur batteries have received extensive attention in recent years due to the high specific energy. However, their development needs to overcome many problems such as the shuttle effect of intermediate products, the insulation of sulfur, and the volume expansion of the cathode. To effectively suppress the shuttle effect, this paper uses a method derived from Prussian blue analogs to synthesize a spinel bimetallic sulfide CuCo₂S₄ and use it for the cathode of lithium-sulfur batteries. XRD, SEM, TEM, BET, XPS and other characterizations were used to analyze the crystal structure and morphology of the synthesized materials, and the electrochemical performance of the CuCo₂S₄-S composite cathode was tested by cyclic voltammetry and galvanostatic charge and discharge process. Studies show that the CuCo₂S₄-S cathode exhibits excellent electrochemical performance. The first initial capacity is 959 mA·h·g^-1 at the rate of 0.2C, and 591 mA·h·g^-1 remains after 100 cycles. The high discharge specific capacity and good cycling stability are attributed to the hollow structure inside the CuCo₂S₄ material that can accommodate the active material sulfur and play a role in physical confinement; at the same time, the polar CuCo₂S₄ can effectively chemically adsorb polysulfides and suppress capacity loss caused by the shuttle effect of polysulfides.