三维连续结构Li4Ti5O12/石墨烯纳米复合材料:制备和其锂离子电池超长循环性能

利用具有三维连续纳米孔结构的热剥离石墨烯为骨架制备Li₄Ti₅O₁₂/石墨烯纳米复合材料。通过乙醇挥发法在热剥离石墨烯的纳米孔道内引入前驱物, 进一步高温热处理, 在热剥离石墨烯的孔道内原位形成Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子。利用复合材料作为锂离子电池电极材料。电化学反应过程中, 热剥离石墨烯的三维连续结构确保了Li₄Ti₅O₁₂纳米粒子与石墨烯在长循环过程中的有效接触。因此, 复合材料表现出优异的循环稳定性。在5C下, 5 000次循环后, 其容量保持率高达94%。     

纯相Li4Ti5O12水热合成及其电化学性能

以纳米级锐钛矿型二氧化钛(TiO2)和氢氧化锂(LiOH)为原料,利用水热法合成了尖晶石型Li4Ti5O12材料,并研究了LiOH浓度、水热反应时间及热处理温度对Li4Ti5O12样品结构和电化学性能的影响,分析了Li4Ti5O12的形成过程.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析样品材料结构,观察材料形貌.结果表明,LiOH浓度0.2 mol.L-1、水热反应时间12 h及煅烧温度700℃可得到纯相尖晶石型Li4Ti5O12,该样品1C倍率放电比容量为146.3 mAh.g-1,40C高倍率其放电比容量仍有101.3 mAh.g-1.     

石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备及电化学性能

采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn2O4纳米晶和石墨烯纳米片,并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料,利用XRD、SEM、AFM等对其结构及表面形貌进行表征;利用CV、充放电、EIS研究纳米复合材料的电化学性能和电极过程动力学特征。结果表明:纳米LiMn2O4电极材料及其石墨烯掺杂纳米复合材料的放电比容量分别为107.16 mAh.g-1,124.30 mAh.g-1,循环100周后,对应容量保持率为74.31%和96.66%,石墨烯可显著改善尖晶石LiMn2O4电极材料的电化学性能,归结于其良好的导电性。纳米复合材料EIS上感抗的产生与半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面所造成局域浓差有关,并提出了感抗产生的模型。     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的半固相法制备及碳包覆改性

由半固相法制得锂离子电池负极材料Li4Ti5O12,并研究了Li4Ti5O12的碳包覆改性.采用XRD、SEM、TEM以及HRTEM观察和分析产物的相结构与形貌.采用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗技术测试了材料的电化学性质.结果表明,Li4Ti5O12因颗粒团聚电化学性能严重下降,该电极在0.1C和0.5C首周期放电容量分别为121.7和87.6 mAh·g-1;碳包覆Li4Ti5O12/C材料呈球形分布,能抑制颗粒团聚,该电极倍率<0.5C时的放电比容量大于180 mAh·g-1,超过Li4Ti5O12的理论放电比容量(175 mAh·g-1);在1C、5C和10C倍率下,其容量仍保持在136、79.9和58.3 mAh·g-1,碳包覆改性材料具有优异的循环寿命和高倍率性能.     

还原氧化石墨烯/碳纳米管/Co_3O_4三元复合材料的制备与电化学性能

将低温水热反应和低温热处理相结合,制备了含还原氧化石墨烯(RGO)、碳纳米管(CNTs)和Co3O4的三元纳米复合材料RGO-CNTs-Co3O4;利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分析了合成产物的相组成和微观结构,分析了其形成过程;并利用电化学测试装置测定了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,在合成反应过程中,氧化石墨烯被还原剂肼还原为石墨烯,同时在石墨烯和CNTs表面生成氢氧化钴;再经低温热处理得到RGO-CNTs-Co3O4三元复合材料.Co3O4纳米颗粒均匀分散在由RGO片层和CNTs组成的三维网络结构中;这种三维网络结构既有利于电子和离子的传输,又能够有效抑制Co3O4在脱嵌锂过程中因体积变化引起的结构破坏.总体而言,合成的新型三元复合材料具有高的比容量以及良好的循环性能与倍率性能.     

Fe3O4/聚苯乙烯纳米复合材料的结构与性能

采用油酸(OA)表面改性的粒径均一的Fe3O4纳米粒子(OA-Fe3O4)与工业化聚苯乙烯(PS)通过溶液共混挥发干燥方法得到了具有超顺磁性的OA-Fe3O4/PS纳米复合材料.透射电子显微镜表征结果表明,在OA-Fe3O4质量分数为1%~10%时,OA-Fe3O4纳米粒子均匀分散在PS聚合物基体中.示差扫描量热分析表明,随着纳米粒子加入量的增加,纳米复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低.热失重分析表明,OA-Fe3O4的存在显著提高了PS在空气条件下的热稳定性.流变分析表明,随着纳米粒子加入量的增加(0~10%),复合材料黏度逐渐降低.进一步研究了分子量双峰分布的PS与OA-Fe3O4纳米复合体系的流变行为,结果表明,当PS基体的平均分子量大于临界缠结分子量,且填充的纳米粒子的半径小于双峰分布PS的均方旋转半径时,加入纳米粒子仍然导致体系的复合黏度降低.     

石墨烯-Fe@Fe3O4纳米复合材料的制备及其电磁性能研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨,通过高温热膨胀剥离氧化石墨获得多层石墨烯,最后由羰基铁热分解法原位制备多层石墨烯-Fe@Fe3O4纳米复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)以及矢量网络分析仪等对该复合材料的结构、形貌、电磁参数等进行了表征和测试。结果表明,石墨烯片层上附着了尺寸小于50 nm的球形Fe@Fe3O4颗粒;反射率损耗(RL)计算结果表明:以金属为衬底,当复合材料厚度为1.5 mm时,在10～16GHz范围内反射损耗均在-10 dB以下;当厚度为3 mm时,材料的反射损耗在4.3 GHz处达最大值,约为-25 dB。     

离子交换法合成纳米级锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)

用钛酸纳米管和LiOH溶液进行离子交换法得到了水合钛酸锂前驱体,进而在不同温度热处理制备了Li4Ti5O12。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热分析(TG-DSC)和恒电流充放电测试对反应产物进行了研究。结果表明所得前驱体在500～700℃热处理可得到纳米结构的纯相Li4Ti5O12。所得Li4Ti5O12的可逆容量约为160mAh·g-1,循环稳定性随热处理温度的提高而增强,并因具有较短的锂离子扩散距离表现出极佳的倍率性能,在1600mA·g-1(约10C)的电流密度下放电下还保持140mAh·g-1的容量。     

中空分级结构Fe3O4@C/rGO复合材料的合成及其储锂性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,Fe(NO_3)_3·9H_2O、异丙醇、甘油为原料,通过溶剂热法和后续热处理过程2步合成了Fe_3O_4@C/rGO复合材料,实现了碳包覆的Fe_3O_4纳米粒子自组装形成的分级结构空心球在氧化石墨烯片上的原位生长。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和恒流充放电等手段分析了材料的物理化学性能与储锂性能。结果表明,该复合材料在5.0 A·g~(-1)的电流密度下,仍有437.7 mAh·g~(-1)的可逆容量,在1.0 A·g~(-1)下循环200圈后还有587.3 mAh·g~(-1)的放电比容量。这主要归因于还原态氧化石墨烯(rGO)对碳包覆Fe_3O_4分级空心球整体结构稳定性和导电性的提高。     

锂离子电池负极材料Li4Ti5O12

Li4Ti5O12具有充放电循环性能好、电压平台平稳、安全性高、价格低、环境友好、易于制备等优点,在锂离子电池负极材料中得到广泛研究.本文基于国内外近期的研究进展,综述了制备Li4Ti5O12的方法,着重介绍了固相、溶胶一凝胶、熔盐、燃烧、喷雾、水/溶剂热等几种主要的合成方法,并针对Li4Ti5O12电导率低的缺点,详...     

Li4Ti5O12/(Ag+C)电极材料的固相合成及电化学性能

以Li₂CO₃,TiO₂为原料,葡萄糖为碳源,采用固相煅烧工艺合成了亚微米级的Li₄Ti₅O₁₂/C复合负极材料。并将之与AgNO₃复合,采用固相方法制备出了Ag表面修饰的Li₄Ti₅O₁₂/(Ag+C)复合材料。采用XRD、SEM和TEM测试方法对材料的微结构进行了表征。结果表明,C的存在对Ag单质在Li₄Ti₅O₁₂/C颗粒表面的大量形成起到了积极的促进作用,从而很大程度地提高了Li₄Ti₅O₁₂/C的电导率,因此有效地改善了其电化学性能。在1C倍率下,Li₄Ti₅O₁₂/(Ag+C)复合材料的首次放电容量达到了164 mAh·g^-1。     

LiMn2O4表面包覆Li4Ti5O12的制备及倍率特性

采用固相法合成了尖晶石型LiMn₂O₄，并通过溶胶-凝胶法制备了不同物质的量的百分比含量Li₄Ti₅O₁₂包覆的正极材料。X-射线衍射和扫描电镜结果表明，Li₄Ti₅O₁₂微粒包覆在LiMn₂O₄的表面没有产生晶体结构的变化。实验电池在室温下，以1C，2C和5C倍率作充放电循环测试；结果表明，与未包覆的LiMn₂O₄相比，表面包覆Li₄Ti₅O₁₂微粒的正极材料在高倍率下具有更好的循环稳定性。     

Li4Ti5O12/(Cu+C)复合材料的制备及电化学性能

以Li₄Ti₅O₁₂,Cu(CH₃COO)₂·H₂O和C₆H₁₂O₆为前驱体,化学沉积与热分解结合合成锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂/(Cu+C)。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电、循环伏安和电化学阻抗方法表征样品的结构、形貌和电化学性能。结果表明,Li₄Ti₅O₁₂表面包覆的Cu与C提高了Li₄Ti₅O₁₂电极材料的导电率,其循环性能和倍率性能得到有效地改善。在0.5C、1C和3C倍率下,经过50次充放电循环,放电比容量分别为168.2、160、140.6 mAh·g^-1,其容量保持率分别为88.7%、84.4%、71.2%。电化学阻抗测试表明,表面包覆的Cu与C使其电荷转移阻抗大幅度减少。     

高倍率尖晶石型Li_4Ti_5O_(l2)/TiN锂离子电池负极材料的合成及其电化学性能

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂,采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li4Ti5Ol2/TiN材料.考察了TiN膜对尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料电化学性能的影响.利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN膜进行了分析.X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,Li4Ti5Ol2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂.电化学性能测试表明,该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g-1,并且具有良好的循环性能,以0.2C、1C、2C、5C倍率放电进行测试,10次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0mAh·g-1,较之表面无TiN膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性.循环伏安曲线(CV),交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN膜改善了尖晶石型Li4Ti5Ol2锂离子电池负极材料的电化学性能.     

Li ion diffusion in Li4Ti5O12 thin film electrode prepared by PVP sol-gel method

Li₄Ti₅O₁₂ thin films for rechargeable lithium batteries were prepared by a sol-gel method with poly(vinylpyrrolidone). Interfacial properties of lithium insertion into Li₄Ti₅O₁₂ thin film were examined by cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and potentiostatic intermittent titration technique (PITT). Redox peaks in CV were very sharp even at a fast scan rate of 50 mV s⁻¹, indicating that Li₄Ti₅O₁₂ thin film had a fast electrochemical response, and that an apparent chemical diffusion coefficient of Li⁺ ion was estimated to be 6.8×10⁻¹¹ cm² s⁻¹ from a dependence of peak current on sweep rates. From EIS, it can be seen that Li⁺ ions become more mobile at 1.55 V vs. Li/Li⁺, corresponding to a two-phase region, and the chemical diffusion coefficients of Li⁺ ion ranged from 10⁻¹⁰ to 10⁻¹² cm² s⁻¹ at various potentials. The chemical diffusion coefficients of Li⁺ ion in Li₄Ti₅O₁₂ were also estimated from PITT. They were in a range of 10⁻¹¹-10⁻¹² cm² s⁻¹.     

Effect of surface fluorination and conductive additives on the electrochemical behavior of lithium titanate (Li4/3Ti5/3O4) for lithium ion battery

Effect of surface fluorination and conductive additives on the charge/discharge behavior of lithium titanate (Li_4/3Ti_5/3O₄) has been investigated using F₂ gas and vapor grown carbon fiber (VGCF). Surface fluorination of Li_4/3Ti_5/3O₄ was made using F₂ gas (3 × 10⁴ Pa) at 25-150 °C for 2 min. Charge capacities of Li_4/3Ti_5/3O₄ samples fluorinated at 70 °C and 100 °C were larger than those for original sample at high current densities of 300 and 600 mA/g. Optimum fluorination temperatures of Li_4/3Ti_5/3O₄ were 70 °C and 100 °C. Fibrous VGCF with a large surface area (17.7 m²/g) increased the utilization of available capacity of Li_4/3Ti_5/3O₄ probably because it provided the better electrical contact than acetylene black (AB) between Li_4/3Ti_5/3O₄ particles and nickel current collector.     

Raman scattering investigations on lanthanum-doped Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15 intergrowth ferroelectrics

The ferroelectric ceramics of Bi₄Ti₃O₁₂, SrBi₄Ti₄O₁₅, and lanthanum-doped Bi₄Ti₃O₁₂-SrBi₄Ti₄O₁₅ were synthesized, and their Raman spectra were investigated. La-doping resulted in the enlargement of remnant polarization of Bi₄Ti₃O₁₂-SrBi₄Ti₄O₁₅. The structure of the Bi₂O₂ layers and TiO₆ octahedra of the intergrowth was found to be different from those of Bi₄Ti₃O₁₂ and SrBi₄Ti₄O₁₅. La³⁺ ions exhibit pronounced selectivity for the occupation of A site as La content is lower than 0.50, and tend to be incorporated into Bi₂O₂ layers when the La content is higher than 0.50. Lanthanum substitution brings about the structural phase transition in Bi₄Ti₃O₁₂-SrBi₄Ti₄O₁₅. The variation of ferroelectric property may be attributed to combined contribution from the decreasing of the oxygen vacancies, the relaxation of the lattice distortion, the destroying of the insulation and the space charge compensation effects of the Bi₂O₂ slabs.     

Li4Ti5O12/CMK-3复合材料的制备及其作为锂离子电池负极材料的性能

将LiNO₃和Ti(OC₄H₉)₄填填充在有序介孔碳CMK-3 孔道中, 然后烧结合成了Li₄Ti₅O₁₂/CMK-3复合材料. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对其结构和微观形貌进行了表征. 利用差热-热重分析(TG-DTA)测试复合材料中Li₄Ti₅O₁₂的含量. 利用充放电测试、循环伏安和电化学阻抗技术考察了复合材料作为锂离子电池负极材料的性能. 发现Li₄Ti₅O₁₂分布在CMK-3孔道中及其周围, 复合材料的高倍率充放电性能显著优于商品Li₄Ti₅O₁₂, 复合材料中Li₄Ti₅O₁₂的比容量明显高于除去CMK-3的样品(在1C倍率时比容量为117.8 mAh·g^-1), 其0.5C、1C和5C倍率的放电比容量分别为160、143 和131 mAh·g^-1, 库仑效率接近100%, 5C倍率时循环100次的容量损失率只有0.62%. 本研究结果表明CMK-3明显提高了Li₄Ti₅O₁₂的高倍率充放电性能, 可能是CMK-3特殊的孔道结构和良好的导电性减小了Li₄Ti₅O₁₂的粒径并提高了其电导率.     

球形Bi_4Ti_3O_(12)制备及其可见光催化性能

采用水热法合成球形钛酸铋复合氧化物光催化剂,利用SEM、XRD和UV-Vis DRS等表征手段对复合氧化物的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,结果表明,制备的钛酸铋复合氧化物为10 nm的球形颗粒,具有良好的晶型结构,禁带宽度为2.7 nm,有较好的可见光吸收能力。以亚甲基蓝、甲基橙及酸性品红为目标污染物,研究了复合氧化物在可见光下的光催化降解有机污染物的性能,并对光催化降解机理进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,该复合氧化物对酸性品红降解效果明显优于亚甲基蓝和甲基橙,光照150 min下,降解率可达91%。     

球形Bi4Ti3O12制备及其可见光催化性能

采用水热法合成球形钛酸铋复合氧化物光催化剂,利用SEM、XRD和UV-Vis DRS等表征手段对复合氧化物的晶体结构、微观形貌和光学性能进行了分析,结果表明,制备的钛酸铋复合氧化物为10 nm的球形颗粒,具有良好的晶型结构,禁带宽度为2.7 nm,有较好的可见光吸收能力。以亚甲基蓝、甲基橙及酸性品红为目标污染物,研究了复合氧化物在可见光下的光催化降解有机污染物的性能,并对光催化降解机理进行了探讨。结果表明,在可见光照射下,该复合氧化物对酸性品红降解效果明显优于亚甲基蓝和甲基橙,光照150 min下,降解率可达91%。