微波原位制备作为锂离子电池电极材料的石墨烯/TiO2 纳米复合物

通过改造的家用微波炉,实现了原位高效制备石墨烯/TiO₂纳米复合物。结果表明：微波辅助法能够在商用锐钛矿型TiO₂纳米颗粒表面均匀制备石墨烯纳米片,通过SiO₂/Si的剧烈电晕放电,其制备时间仅需数分钟（最短3 min）。石墨烯纳米片的尺寸大约为50 nm且缺陷很少。TiO₂晶体结构仍为锐钛矿型,主要归功于极短的制备周期和较低的反应温度（600~700 ℃）。石墨烯具有优异的电导率,可以提升锂离子扩散速率、提高电子传输速率并降低接触电阻。在1 C（170 mA·g^-1）条件下石墨烯/TiO₂纳米复合物的电池放电比容量提高了2倍。与商业化锐钛矿型TiO₂纳米颗粒相比,在1 C到5 C的不同充放电倍率下,石墨烯/TiO₂纳米复合物的比容量差距显著扩大。     

新型锂离子电池负极材料Li1.1V0.9O2的制备及其电化学性能

通过固相合法制备了新型锂离子电池负极材料Li1.1V0.9O2,考察不同合成工艺对其结构、形貌及电化学性能的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和恒电流充放电法研究了试样的结构、形貌和电化学性能。实验结果表明:采用两段烧结法合成的试样结构更完整、粒径分布更均匀、电化学性能更优良。在1 C倍率下,充电容量高达275 mAh/g,经过50次循环后,充电容量保持率高达96.73%。     

具有优异循环和倍率性能的β-MnO2/α-Fe2O3枝状纳米结构负极材料

锂离子电池作为清洁、高效、便携的储能方式之一,在很多领域内具有广阔的应用前景。如何实现高容量、大功率和长寿命的锂离子电池,依赖于其中各核心部件的结构设计和性能提升。负极材料作为锂离子电池的主要部件之一,所面临的主要问题在于其导电性差和体积效应大。这就容易导致活性材料粉化,从电极表面脱落,因而造成循环容量和倍率性能的下降。     

SnO2/Ni复合锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

采用机械球磨法将纳米SnO2和Ni粉末复合,作为锂离子电池负极材料。采用XRD、SEM、TEM和EDS分析球磨过程中材料结构和形貌的变化。对SnO2/Ni复合负极材料的首次库仑效率、循环稳定性及CV曲线等进行测试分析。结果表明:将复合粉末球磨适当时间后,SnO2和Ni可形成结合充分、颗粒尺寸细小、分布均匀的复合材料;SnO2和Ni的复合可有效提高SnO2的首次库仑效率和循环稳定性;SnO2/Ni复合负极材料的循环稳定性随球磨时间的延长而增加,但电极的首次库仑效率随球磨时间的延长呈先增加后下降的趋势;Ni的引入有效减小了SnO2在首次充放电循环过程中生成Li2O的不可逆反应程度,并在随后的循环过程中部分以Li-O化合物的形式进行可逆反应。     

近球形MoS2负极材料的强化水热合成与电化学性能

分别以钼酸铵和硫脲为钼源和硫源,在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)软模板作用下,采用强化水热法在较短时间内制备出了近球形纯MoS₂粉体材料。通过X射线衍射(XRD)、钨灯丝扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM),X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,研究了近球形纯MoS₂材料的微观形貌、晶体结构、元素组成及表面价态。结果表明:所制备得到的MoS₂材料为由片状二硫化钼所构成的球体,尺寸为150 nm左右,经过500℃加热处理2h后,微观形貌不变。经过恒流充放电测试,其在500mA/g的电流密度下,加热处理前的MoS₂材料首次放电比容量高达874.7 mAh/g,但存在较大的容量衰减,其循环充放电100次后容量保持率仅为53.3%,并且其首次充放电库伦效率仅为68.88%,直到第47次充放电时才稳定在100%;而经过500℃加热处理2h后的MoS₂材料充放电的容量损失较小,循环稳定性增强,经过100次充放电后容量达571.3 mAh/g,容量保持率为83.2%,且库伦效率一直为100%稳定不衰减。加热处理后性能提升的原因一方面在于材料中残留氧化钼挥发,材料内部出现部分空隙,从而增大了活性物质与电解液的接触面积。另一方面加热处理提高了材料的结晶性,可以稳定MoS₂的晶体结构,抑制嵌锂-脱嵌过程中的体积膨胀问题。     

高性能锂离子电池负极材料CoO/石墨烯纳米复合结构的超声法制备(英文)

以羰基钴为原料,采用简易超声法制备氧化亚钴和石墨烯纳米复合结构。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及光电子能谱(XPS)对该纳米复合结构进行表征。结果表明:粒径为3~5nm的氧化亚钴纳米颗粒均匀分布于石墨烯表面。将氧化亚钴/石墨烯纳米复合结构用作锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明,该复合结构具有高电容量(50次循环后电容量为650mA·h/g,约是商用石墨电极的2倍)、高库伦效率(高于95%)以及很好的循环稳定性。该优异的电化学性能源于氧化亚钴/石墨烯纳米复合结构的特点:纳米尺寸的氧化亚钴颗粒分散于导电的石墨烯衬底上,有利于锂离子的嵌入和脱嵌,缩短了锂离子的扩散路径,提高了氧化物的导电性,从而改善了材料的电性能。     

丙烯酸络合法制备锂离子电池负极材料ZnMn2O4

采用丙烯酸络合溶胶-凝胶法合成出锂离子电池用ZnMn2O4负极材料,并用TG-DTA,XRD,SEM和电化学性能测试对材料进行了表征。结果表明,在焙烧温度达到800℃,焙烧5h时能够形成单一四方相尖晶石结构的ZnMn2O4粉体,结晶良好;络合剂丙烯酸与金属离子摩尔比显著影响微观形貌,1:1时层片状结构发育完善;组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,丙烯酸:金属离子=1:1的样品具有较好的电化学性能,首次放电比容量达到992.9mAh·g-1,为理论比容量的98.5%,循环60次后放电比容量为308.4mAh·g-1。     

新型锂离子电池负极材料NiSb_2的研究

采用悬浮熔炼方法合成了新型锂离子电池负极材料NiSb2,并研究了其电化学性能。研究发现,退火与非退火NiSb2的首次可逆容量分别为494mAhg-1和430mAhg-1。经过15个循环后,非退火的NiSb2的放电容量仍保持在260mAhg-1,而退火的只剩下160mAhg-1。由于NiSb2具有优异的电化学性能,它可成为一种新型的锂离子电池负极材料。     

以天然辉锑矿为原料制备Sb2S3纳米线/多孔碳复合物作为高性能锂离子电池负极材料

为了避免目前锂离子电池负极材料制造所使用的高纯试剂和高能耗,采用简单熔融法制备以多孔碳为基体的Sb2S3纳米线/多孔碳复合负极材料.得益于活性材料Sb2S3的纳米结构和多孔碳的协同作用,复合负极材料在100 mA/g下循环150次后仍可实现530.3 mA·h/g的高可逆容量,在5000 mA/g下循环320次仍可获得...     

氮掺杂碳包覆Bi2Mn4O10锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能(英文)

为抑制高能锂离子电池负极材料Bi₂Mn₄O₁₀容量的快速衰减,通过简单球磨法制备新型高纯Bi₂Mn₄O₁₀/ECP-N(ECP-N为氮掺杂科琴黑)负极复合材料。所合成的Bi₂Mn₄O₁₀/ECP-N复合材料在0.2C倍率下循环100次后可保持576.2m A·h/g的比容量,容量保持率为75%,而纯Bi₂Mn₄O₁₀的容量保持率仅为27%。3C倍率下Bi₂Mn₄O₁₀/ECP-N复合材料的放电容量仍保持在236.1 m A·h/g。引入氮掺杂的科琴黑ECP-N不仅可以有效地提高比表面积以缓冲体积膨胀,增强材料的电导率和可湿性,而且还可以促进离子传输和可逆转化反应。     

锂离子电池正极材料LiCoO2-LiFePO4的性能

研究用LiCoO2-LiFePO4作正极的锂离子电池的电化学性能和安全性能。结果表明:电池在1、3和5C倍率的放电容量分别为347.7、327.2和322.5 mA.h,5C条件下的放电容量为1C放电容量的92.8%。在25℃、1C条件下循环150次的容量保持率为100%;在?10℃、1C条件下的放电容量为256.5 mA.h,是25℃、1C放电容量的74.8%。电池具有很好的耐过充性能,在3C、10 V条件下进行过充电,电池不漏液、起火或爆炸。短路时电池的表面温度低于LiCoO2电池的表面温度。     

纳米花状MoO3-x负极的制备及电化学性能

三氧化钼(MoO₃)由于自身理论比容量高、热稳定性好以及二维层状结构,成为目前广受关注的锂离子电池负极材料之一。但是,由于MoO₃自身的本征导电率低以及转换反应过程中严重的体积膨胀,限制了MoO₃的大规模应用。本文通过质子-电子共掺杂以及高能纳米化方式,在MoO₃中引入了氧空位和纳米花结构,制备了纳米花MoO_3-x材料,并将其用作锂离子电池负极。通过引入氧空位以及进行纳米化处理,有效改善了材料的导电性能,扩大了范德华间隙,缓冲了材料在长期充放电过程中的体积膨胀。结果表明,所制备的纳米花MoO_3-x具有良好的锂离子存储性能,在2 A/g的电流密度下能够循环500圈,比容量能够达到591 m A·h/g,显著高于以往报道的三氧化钼基负极材料。     

LixNi0.5Mn0.5O2正极材料的合成及电化学性能研究

采用草酸盐共沉淀法合成了层状LixNi0.5Mn0.5O2(x=1.00,1.05,1.10,1.15)正极材料,并研究了配锂量x为1.0,1.05,1.0和1.15时对终产物的结构及电化学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)表征LixNi0.5Mn0.5O2材料的结构,使用充放电实验、EIS及CV研究了LixNi0.5Mn0.5O2的电化学性能。结果表明,x为1.10时材料具有良好的层状特征,且材料中锂/镍的混排程度最小。x为1.10时材料内阻小,有更好的循环稳定性和可逆性。在测试温度55℃和电压2.0～4.5V范围内,材料的首次放电比容量达到了239.6mAh/g,在循环20周后,容量保持率为98.2%。     

高容量正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2的合成及电化学性能

以LiOH.H2O、Ni(OH)2和Mn3O4为原料,采用固相法合成锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的倍率性能和高低温性能。结果表明:900℃下烧结10 h后可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,并具有良好的电化学性能,放电容量最高可达235.9 mA.h/g;在50℃下测试时该材料的放电容量高达284.4 mA.h/g,并表现出良好的循环性能,其倍率性能和低温性能还有待进一步改善。     

Li2MnSiO4正极材料合成过程的热反应动力学

采用热重-差示扫描量热技术研究了高温固相法合成Li2MnSiO4正极材料的反应过程。结果表明:Li2MnSiO4前驱体在加热升温过程中的两个失重区主要归因于原料的脱水和分解;在不同升温速率条件下测得的差示扫描量热曲线主要由5个吸热峰组成;利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法对前驱体分解失重阶段中三个吸热峰(>200℃)的反应活化能计算结果分别为:384.12、120.63、263.43 kJ/mol和350.78、117.16、227.59 kJ/mol;基于Kissinger法进一步确定了相关反应阶段的反应级数、频率因子和动力学速率方程。XRD测试说明:基于热力学结果的分步优化工艺能够减少终产物的杂质,改善合成质量。     

C-MSnO3（M=Ca,Sr,Ba）纳米复合物的合成及其电化学性能

用直接沉淀法制备前躯体MSn(OH)6,把导电炭黑(Super-P)与前躯体一起球磨后煅烧,合成MSnO3(M=Ca,Sr,Ba),并系统研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。用SEM和XRD表征产物的形貌和结构,用恒电流充放电和循环伏安测试产物的电化学性能。结果表明:CaSnO3、SrSnO3和BaSnO3的首次充电容量分别为624.9、383.8和330.1 mA.h/g;CaSnO3经过20次循环之后,在0.1C、0.5C、1C倍率下的充电容量分别为510、390和258 mA.h/g,而球磨CaSnO3相应地分别为413、297、183 mA.h/g。这说明加Super-P球磨的CaSnO3样品循环稳定性和高倍率性能均得到较大提高。     

利用赝电容效应提高Se修饰MnO/Mn3O4复合负极材料的储锂容量及倍率性能(英文)

为了提高锰氧化物负极材料的倍率和循环性能,采用沉淀法及热处理法,通过调控Mn₂O₃与Se粉的反应温度,制备Mn O/Mn₃O₄/Se O_x(x=0,2)复合负极材料。Mn O/Mn₃O₄/Se O_x负极在3 A/g电流密度下经过560次充放电循环后放电比容量为1007 m A·h/g。循环伏安法定量分析结果表明,在2.0 m V/s的扫描速率下赝电容贡献率高达89.5%。研究结果表明,Mn O与Mn₃O₄之间存在明显的协同效应。     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的制备及电化学性能

采用液相共沉淀法和固相烧结法分别制备镍钴锰复合氢氧化物(Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料。通过X射线衍射和电化学性能测试对所得样品的结构及电化学性能进行了表征。结果表明:LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2具有很好的α-NaFeO2层状结构,以20 mA/g的电流密度在2.5～4.3 V的电压区间充放电时,最高首次放电比容量达175 mA.h/g,首次库伦效率在89%～90%之间。当首次放电比容量为160～170 mA.h/g时,30循环未见容量衰减。锂含量对其电化学性能影响的结果表明:锂含量(n(Li)/n(Ni+Co+Mn))在1.03～1.09的范围内,随着锂含量的增加,放电比容量略有减小,但循环性能、中值电压以及平台性能都得到提高;当锂含量超过1.09时,循环性能、中值电压以及平台性能开始降低。     

Li2Mn1-xMgxSiO4正极材料合成与电化学性能

采用固相法合成了Li2Mn1-xMgxSiO4掺杂型正极材料,并用TG-DTA、XRD、SEM和电化学性能测试对材料进行了表征。前驱体的TG-DTA曲线和XRD物相分析表明,合成Li2MnSiO4时优化的煅烧温度为750℃。XRD测试表明Li2Mn1-xMgxSiO4具有正交结构,对应Pmn21空间群,掺镁可以提高样品主相的结晶度。掺Mg对微观形貌影响明显,适量掺杂可以得到粒径均匀、少团聚的亚微米级粉体。将Li2Mn1-xMgxSiO4组装成扣式电池进行电化学测试的结果表明,Li2Mn0.98Mg0.02SiO4样品性能最好,首次放电比容量达到124.6mAh/g,为理论容量的38%,循环20次后放电容量仍有60mAh/g。     

锂离子电池正极材料Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成

采用碳酸盐共沉淀法合成了Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。用X射线粉末衍射仪、高频电感耦合等离子体原子发射光谱仪和扫描电子显微镜对材料的晶体结构、化学元素组成和表面形貌进行了分析研究。将正极材料Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2制成电极极片,组装成混合动力车用3Ah高功率电池进行测试。分析测试结果表明,合成的正极材料Li1+xNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有典型的α-NaFeO2结构,粒径约为10μm。在室温(25℃),电池经2000次充放电循环后容量可保持80%;在50%DOD下,电池10 s脉冲输出功率密度为2100 W/kg,输入功率密度为2700 W/kg。