锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅱ.具有“核壳”结构的碳及其对电池性能的影响

以具有气相碳化形式的精制煤焦油沉积碳为壳层材料、人造石墨（ＡＧ）及中间相石墨微球（２８００℃）为核材料制备了核壳结构的碳及碳电极．核壳结构碳及核壳结构碳电极的充放电研究表明碳负极的稳定充放电容量及首次充放电效率都得到了较大的改善,循环伏安研究表明在０．７Ｖ（ｖｓＬｉ＋／Ｌｉ）左右用于形成碳电极表面钝化膜的溶剂的还原分解峰显著减小,显示了核壳结构碳材料电极对电极表面钝化膜的影响作用,Ｘ射线衍射研究揭示了石墨及石墨电极上的无定形碳壳层的存在     

碳球/钯核壳结构电催化剂的制备和性能研究

分别以葡萄糖、蔗糖、淀粉为碳源,采用水热法制备碳微球;再通过还原法把金属钯负载在碳微球上,制成三种不同的碳球/钯核壳结构电催化剂。采用XRD、SEM、IR对样品的成分、结构和形貌进行分析表征;并将样品制成电极,测试它们的电化学活性。研究结果表明当以淀粉为碳源时,所得碳微球表面羟基官能团丰富,金属钯在该类碳微球上有更好的负载效果,对应的碳球/钯核壳结构电催化剂也表现出更好的电化学活性。对比三类核壳结构电极材料对乙醇和乙二醇的电化学氧化活性表明,三种电极材料对氧化乙二醇有更好的催化活性。     

喷雾热蒸发碳膜用于锂离子电池负极的研究

以有机热解碳（石墨）为原料,用喷雾热蒸发法制备了用于锂离子电池负极的碳膜,用循环伏安法和恒电流充放电法测试了所获碳膜的电化学性能,测试结果表明,在第一循环周期中存在一个还原峰,该还原峰对应在电极表面形成固体电解质中间相膜;当充放电电流大小适合时,容量和Ｘ值都较大。基于这些实验结果,可以认为所获得的碳膜作用负极以相对测试其他正极材料电化学性能。     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰：Ⅲ,人工施加的固体电解质膜…

研究了人工施加的无机固体电解质体膜对锂碳负极电池性能的影响作用，结果表明碳电极的容量及首次充放电效率相对于未改性电极都得到了一定程度的提高。显示了以这层外界人工施加的晶体膜替代的电极体系本身所形成的钝化膜之有效性，扫描电子显微镜的研究直观地显示了这层人工施加膜的均匀，致密性质。     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰 Ⅲ.人工施加的固体电解质膜对锂碳负极电池性能的改善

研究了人工施加的无机固体电解质晶体膜对锂碳负极电池性能的影响作用,结果表明碳电极的容量及首次充放电效率相对于未改性电极都得到了一定程度的提高,显示了以这层外界人工施加的晶体膜替代由电极体系本身所形成的钝化膜之有效性．扫描电子显微镜的研究直观地显示了这层人工施加膜的均匀、致密性质．     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅰ．表面的氧化、还原处理对碳材料电极性能的影响

通过各种氧化／还原体系对碳材料进行表面氧化、还原处理,研究了碳材料表面的痕量有机含氧官能团对以碳材料作为锂离子电池负极的电池性能的影响．结果表明,碳材料表面大量有机含氧官能团的存在将引起电池性能的严重恶化;相应地如对电极表面进行一定的还原处理、以减少碳表面有机官能团的含量及其氧化程度则可提高电极（碳材料）的容量及首次循环效率．文中还结合碳材料表面有机官能团对电解液溶剂的分解反应以及碳电极表面钝化膜形成的影响进行了解释．     

高容量锂离子电池核壳型硅/碳复合电极材料的制备与性能

通过自组装方式采用一步法制备了锂离子电池硅碳复合电极材料.使用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等对样品结构进行表征.结果表明,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包覆的纳米硅颗粒(Si@PVP)均匀嵌入到具有三维网络纳米孔结构的导电石墨化炭黑(GCB)骨架中,形成核壳复合型(Si@PVP-GCB)纳米颗粒,既提高了该复合电极材料的导电性能,又改善了材料的机械强度.在纳米级GCB颗粒内部存在的中空石墨环结构和包覆在纳米Si颗粒外面的PVP包覆层都有效缓冲了纳米Si颗粒在充放电过程中较大的体积变化,从而使纳米Si颗粒更加稳定.电化学测试结果表明,Si@PVP-GCB电极材料在电流密度为50 m A/g时,经过100次循环后其可逆容量仍达到545 m A·h/g时,远高于商品化的石墨微球(GMs)电极材料的容量(理论容量为372 m A·h/g).     

碳毡电极的表面改性——Ⅲ.碳毡表面热氧化改性对电极性能的影响

碳毡电极材料经高温热氧化改性后,表面结构和性质发生明显变化。随热氧化温度上升,碳毡石墨结构更趋有序定向排列,石墨化程度提高。这不仅明显提高了其导电性能,同时也使表面含氧官能团的含量或O/C原子比下降。由于碳毡金属杂质含量减少以及表面担载的催化剂颗粒变大且分布更为不均匀,高温热氧化碳毡表面对析氢副反应具有较高的过电位,放氢电流大幅度降低,但提高热氧化温度使碳毡电极的电化学反应活性有所下降。为使碳毡电极上放氢电流降低的同时又保证电极具有较高的Fe~(3+)/Fe~(2+)及Cr~(3+)/Cr~(2+)反应的电化学活性,热氧化温度1700℃为宜。     

空心碳半球锂离子电池负极的高倍率性能研究

以聚苯乙烯球为模板,通过水热法包裹硬碳层,又用微波法迅速引发聚苯乙烯核裂解的两步反应,制备了高比表面的空心碳半球.采用扫描电镜和透射电镜观察材料形貌,并测试该负极的电化学性能.在高倍率充放电条件下,与石墨、中间相碳微球电极相比,空心碳半球显现出了更高的容量和优异的寿命.     

锂离子电池硅纳米粒子/碳复合材料

硅由于其超高的理论比容量有望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅在充放电过程中巨大的体积膨胀(~300%)会导致材料粉化从集流体上脱落,同时不断形成固相电解质层,造成不可逆容量损失,而材料纳米化和碳复合是解决这些问题的有效手段。本文介绍了硅在循环过程中容量衰减机理,并综述了硅纳米粒子与碳材料复合的最新进展,主要包括包覆型、核壳型以及嵌入型硅碳负极材料,并对核壳型与嵌入型做了重点探究,最后对硅纳米粒子/碳复合材料存在的问题进行分析并展望其研究前景。     

Au@Pt纳米粒子单层膜对甲醇氧化的电催化性能及SERS研究

通过种子生长法合成Au@Pt核壳结构纳米粒子,采用两相成膜法制备单层粒子膜,并转移获得Au@Pt核壳纳米粒子单层膜电极,该电极表面纳米粒子分布均匀,具有较大的比表面,对甲醇的氧化具有较好的电催化活性.研究表明,利用内核Au的长程电磁场增强效应,该单层膜表现出均匀且优良的表面增强拉曼散射(SERS)活性,适合作为基底在分子水平上研究表面的吸附和反应.获得了Au@Pt核壳纳米粒子单层膜表面甲醇电催化氧化过程的SERS光谱,为深入分析表面反应机理提供了实验依据.     

钒液流电池用碳纸电极改性的研究

采用红外光谱和扫描电镜等手段研究了浓硫酸处理前、后碳纸的表面结构和形貌的变化。并将这类碳纸用作全钒液流氧化还原电池电极材料,对其电化学性能进行了详细研究。结果表明通过酸处理,碳纸表面有-COOH官能团生成,其电化学活性增强。酸处理后的碳纸电极组装成的电池在电流密度20 mA·cm^-2时有良好充放电性能,平均电流和电压效率达到95%和82%。     

碳薄膜电极材料在电分析化学中的应用*

由于具有一系列的优点,碳材料被广泛地应用于电分析化学。新型碳电极材料的开发及其性质研究对电分析化学的发展起着重要的推动作用。最近文献报道了一些制备新型碳薄膜电极材料的方法,因为制备方法不同,这些碳薄膜材料的电化学性质如电位窗、稳定性、导电性也显著不同。人们对电位窗宽、背景电流低、稳定性高、表面不易被电极产物钝化的碳薄膜电极材料的研究非常活跃。本文综述了采用不同方法制备的一些碳薄膜电极材料如硼掺杂的金刚石薄膜、无定形碳和纳米晶体碳薄膜材料等在电分析化学中应用。     

四氢呋喃预处理对吡咯修饰金属锂电极性能的影响

采用四氢呋喃对金属锂电极进行预处理, 以减少电极表面杂质和吡咯化锂钝化膜形成过程中产生的气体, 从而提高电极表面钝化膜的致密性和电极的充放电循环性能. 实验结果表明: 采用四氢呋喃对金属锂电极预处理后, 电极表面杂质显著减少, 能在电极表面形成一层更加均匀而致密的吡咯化锂钝化膜. 该钝化膜使得电极界面阻抗降低, 界面稳定, 金属锂溶解沉积过程的可逆性增加. 金属锂呈“海绵”状均匀沉积, 有效抑制或减少了锂枝晶或“死锂”的产生, 提高了金属锂的循环效率.     

核壳结构C@WC载体的制备及Pd/C@WC催化剂对甲酸的电催化氧化

以活性碳为碳源,在碳表面原位生成碳化钨包覆的核壳结构的碳基材料(C@WC)。 TEM结果表明,制备的C@WC是具有核壳结构的碳材料,且WC中也有少量单质W。 BET比表面测量结果表明,C@WC较活性碳比表面小,但具有更多的介孔结构。 以C@WC为载体制备的Pd/C@WC催化剂电极的电化学比表积较大,为65.47 m2/g。 Pd/C@WC对甲酸的电催化氧化活性较高,氧化峰电流密度为0.222 A/cm2,比Pd/C电极上的氧化峰电流密度增加了0.128 A/cm2。 多周期循环伏安曲线的结果也表明,Pd/C@WC催化剂电极比Pd/C具有更高的活性和稳定性。     

以酚醛树脂为碳源原位合成富锂层状相/尖晶石/碳核壳结构正极材料及其电化学性能

通过酚醛树酯包覆和碳热反应在富锂正极材料表面原位构建碳和尖晶石双壳保护结构, 对这种核壳结构的正极材料进行了结构和形貌表征, 并研究了其电化学性能. 研究发现, 尖晶石相为材料提供了三维锂离子迁移通道, 碳包覆层显著提高了正极材料的电子电导率, 两种效应的共同作用极大降低了材料的电化学阻抗, 提升了材料的放电比容量, 这种多壳层结构正极材料还具有优异的倍率性能, 在5C倍率下放电比容量可达到135.1 mA·h/g.     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

具有均匀壳层的纳米功能材料：构筑与应用

表面修饰是一种重要的材料处理手段,被广泛应用于催化、光化学、电化学等领域。本文阐述了通过表面均匀包覆构建具有特定功能核壳结构的意义,并分析了构筑均匀包覆层的典型合成方法。同时,针对锂离子电池电极材料这一特定应用对象,综述了进行电极材料表面均匀包覆处理的途径,强调了电极材料核壳结构的构筑对于电极材料表面稳定、电化学性能优化等意义。     

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。     

具有均匀壳层的纳米功能材料∶构筑与应用（英文）

表面修饰是一种重要的材料处理手段,被广泛应用于催化、光化学、电化学等领域.本文阐述了通过表面均匀包覆构建具有特定功能核壳结构的意义,并分析了构筑均匀包覆层的典型合成方法.同时,针对锂离子电池电极材料这一特定应用对象,综述了进行电极材料表面均匀包覆处理的途径,强调了电极材料核壳结构的构筑对于电极材料表面稳定、电化学性能优化等意义.