锌离子电池正极材料V2O5的储能机理和容量衰减原因

采用水热法结合热处理制备了具有高结晶性的V₂O₅,利用X射线衍射仪、球差校正扫描透射电子显微镜和扫描电子显微镜对V₂O₅的物相和形貌进行了表征,发现制备的V₂O₅择优取向生长并且具有良好的结晶性.电化学测试结果表明,以V₂O₅为正极材料的电池在电流密度为0.5 A/g下首次放电比容量约为340 mA·h/g.在电流密度为5 A/g下电池的首次放电比容量为170 mA·h/g,并且循环100次后衰减为50 mA·h/g.对不同放电态的V₂O₅正极材料的物相进行了分析,得出了V₂O₅正极材料在充放电过程中发生了锌离子和质子共嵌入（脱出）的反应机理;V₂O₅正极材料在充放电过程中发生的非晶化和副产物碱式硫酸锌的生成是导致以V₂O₅作为水系锌离子电池正极材料的电池系统发生容量衰减的主要原因.     

五氧化二钒空心球制备及其作为镁二次电池正极材料

利用碳球作为模板,通过与异丙醇氧钒的溶剂热反应制备了五氧化二钒(V₂O₅)空心球。 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等技术手段对V₂O₅空心球进行了表征。 实验结果表明,V₂O₅空心球的直径约为1.5 μm,壁厚约100 nm。 将V₂O₅空心球作为镁二次电池的正极,在0.2 C充放电条件下,材料的首次放电比容量达140 mA·h/g,经20次循环后容量为110 mA·h/g。     

V2O3空心球的制备及在锂硫电池中的应用

在NH₃辅助下将制备的V₂O₅空心球高温还原为V₂O₃空心球, 并利用透射电子显微镜、 扫描电子显微镜、 X射线衍射和X射线光电子能谱等手段对材料的形貌与结构进行表征. 将V₂O₃空心球与硫机械混合后, 不经过熔融复合直接作为锂硫电池的正极材料. 电化学测试结果显示, 在0.2C倍率下, 电池首次放电比容量达到1375 mA·h/g, 循环100次后放电比容量可以维持在815 mA·h/g; 在1C高倍率下, 电池首次放电比容量为710 mA·h/g, 经过500次循环后, 放电比容量仍能达到530 mA·h/g, 表明V₂O₃空心球的加入能够有效提高锂硫电池的循环性能.     

反应物分散条件对Li1+xV3O8电化学性能的影响

以Li₂CO₃和NH₄VO₃为原料,在不同条件下合成了锂离子电池正极材料用Li_1+xV₃O₈。研究了反应物的分散条件和煅烧温度对产物晶型结构、形貌及电化学性能的影响。 XRD、IR和SEM结果表明,用超声波在无水乙醇中分散反应物得到的前驱体于550 ℃下煅烧,所得产物Li_1+xV₃O₈结晶度低、粒径小、形貌均匀。 充放电、循环伏安等结果表明,该材料在充放电过程中极化低、嵌脱锂位置多、循环稳定性好。 在0.5 C放电条件下,第2次循环放电容量达到268 mA·h/g,100次循环后容量仍保持210 mA·h/g以上。     

二维纳米片组成的花状铁醇盐及其微纳结构三氧化二铁衍生物的储锂性能

Fe₂O₃作为锂电池负极材料具有诸多优点,但其较低的本征电导率和充放电循环过程中材料粉化使得其电化学储锂性能有待改善。 本文以具有花状微纳结构的铁醇盐为反应中间体,在空气气氛下烧结制备出具有花状微纳结构的铁基负极材料Fe₂O₃。 纳米花状的铁醇盐可以在低烧结温度下转化为目标产物,从而使得产物能够保持中间体的形貌。 300 ℃热处理条件下,所得样品在电流密度为200 mA/g时首次放电比容量为1360 mA·h/g,循环100次后的容量仍然达到515.6 mA·h/g;相比之下,450和800 ℃热处理所得样品100次循环后,比容量分别为247.6和206.7 mA·h/g。 微纳结构在增加材料的活性的同时,也能够抑制材料的粉化现象,因而所制得的材料表现出较大的比容量和良好的循环性能,为解决Fe₂O₃负极材料循环性能差的问题提供了思路。     

C/VN正极材料制备及其锂硫电池性能研究

制备了一种核壳带状C/VN复合材料,通过SEM和TEM研究了复合材料的形貌结构。以ZIF-8/V₂O₅·nH₂O、C/V₂O₅和C/VN三种材料作为含硫正极,锂片为负极,1.0 M LiTFSI,2%LiNO₃/DME∶DOL(体积比1∶1)为电解液,组装锂硫电池进行电化学测试。结果表明：C/VN能够显著提高正极材料的电化学性能,促进充放电过程中的电子转移;S@C/VN在0.5 C的电流密度下初始比容量为900.4 mAh/g,经过500圈后,仍能提供413.9 mAh/g的比容量,展现了S@C/VN优异的循环性能。     

氟掺杂富锂锰基层状正极材料 Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的合成及其性能

本研究以硫酸锰、硫酸钻、硫酸镍、碳酸钠和氟化铵为原料，通过共沉淀法结合高温煅烧法合成氟掺杂富锂锰基正极材料 Li_1.2 Mn_0.54 Ni_0.13 Co_0.13O_1.92 F_0.08 。通过扫描电子显微镜(SEM)对样品形貌进行观察，利用x-射线衍射(XRD)技术表征晶体结构，利用x-射线能谱仪(EDS)对样品元素分布进行测试，对材料进行恒电流充放电并研究其电化学性能。结果表明:氟掺杂后的富锂锰基正极材料微观形貌没有发生明显变化并保持层状结构;氟原位掺杂的样品在电流密度为1C时循环65 圈后，放电比容量为179 mAh/g，容量保持率为91.89%，高于未掺杂的样品87.5% ,有效改善了材料的循环性能。     

Ni3S2@碳纳米管复合材料的制备及其储钠性能

采用一步固相煅烧工艺制备了碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒（Ni₃S₂@CNT）,并研究了其作为钠离子电池（SIBs）负极材料的电化学性能. 通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗等研究了Ni₃S₂@CNT的物相结构、形貌特征以及电化学性能. 电化学测试表明,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,放电容量可以达到541.6 mAh·g ^-1,甚至在2000 mA·g ^-1的大电流密度下其放电比容量也可以维持在274.5 mAh·g ^-1. 另外,材料在100 mA·g ^-1电流密度下,经过120周充放电循环后其放电和充电比容量仍然可以保持在374.5 mAh·g ^-1和359.3 mAh·g ^-1,说明其具有良好倍率性能和循环稳定性能. 良好的电化学性能归因于这种独特的碳纳米管原位封装Ni₃S₂纳米颗粒结构. 碳纳米管不但可以提高复合材料的导电性,也可以缓冲Ni₃S₂纳米颗粒在反复充放电过程中产生的体积膨胀效应,明显改善了Ni₃S₂@CNT负极复合材料的电化学性能.     

三维网状结构Ru/石墨烯/碳纳米管复合材料作为锂氧电池正极催化剂的性能

利用物理浸渍和冷冻干燥等方法制备了具有三维网状结构的Ru/石墨烯/碳纳米管复合材料, 对该材料的结构、 形貌及电化学性能进行了表征和研究. 结果表明, 当Ru含量为30%, 热处理温度为500 ℃时, 材料的催化性能最优. 将其用作锂氧电池的正极催化剂, 以50 mA/g电流密度进行首次充放电时, 放电比容量约为5800 mA·h/g, 且在放电比容量为4000 mA·h/g以内时, 其极化电压仅为0.9 V; 当以50 mA/g电流密度进行恒容(500 mA·h/g)充放电循环时, 在极化电压低于1.1 V时, 仍能稳定循环12周. 复合材料电催化机理的研究结果表明, 三维网状结构不仅提供了O₂和Li⁺的传输通道, 更增加了放电产物Li₂O₂的储存场所. 金属钌纳米粒子的负载既增加了复合材料的反应活性位点, 又促进了放电产物Li₂O₂的分解.     

Ni/Mn3O4/NiMn2O4@RGO空心微球负极的制备及其储钠性能

采用溶剂热法制备前驱体,后经350 °C热处理,首次合成了空心结构的NiMn₂O₄微球以及不同含量氧化石墨烯包覆的Ni/Mn₃O₄/NiMn₂O₄@RGO复合材料. 电化学性能测试表明,复合负极材料中,含25wt%还原氧化石墨烯的材料储钠性能最佳,其在50 mA·g^-1电流密度下,100次循环后放电比容量保持在187.8 mAh·g^-1,且800 mA·g^-1电流密度下的可逆容量高达149.9 mAh·g^-1,明显优于NiMn₂O₄及其他石墨烯基复合材料. 研究指出,复合材料性能的提升得益于空心微球和还原的氧化石墨烯构成的特殊结构,一方面缩短了电子/离子传输距离,缓解了体积效应,另一方面高导电网络有效增强了活性物质利用率.     

NiCo_2O_4@C纳米复合材料的水热合成及电化学储锂性能

采用一步水热法合成了棒状NiCo_2O_4前驱体,并通过调节水热反应过程中碳源(葡萄糖)的加入量以及后续热处理条件(气氛、温度)得到了一系列不同的NiCo_2O_4及NiCo_2O_4@C产物,并对这些产物的结构、形貌及电化学储锂性能进行了测试.结果表明,适当的葡萄糖加入量(0.5 g)配合合理的煅烧条件(400℃,氮气气氛)可以获得倍率性能和循环稳定性兼具的NiCo_2O_4@C纳米复合材料.在100 m A/g的电流密度下,该材料的首次充/放电比容量为634.1/767.2 m A·h/g,对应的库仑效率为82.7%,5周后的放电比容量为650.1 m A·h/g,容量保持率为84.74%,且在300 m A/g的高电流密度下可逆比容量仍可保持在225.9m A·h/g.     

以Fe2O3为原料制备LiFePO4/C复合材料及其性能研究

以Fe2O3为铁源原料, 利用热还原法成功地制备了LiFePO4/C复合材料. 用XRD以及SEM对材料的晶体结构以及表面形貌进行了表征. 通过循环伏安和充放电测试研究了材料的电化学性能. 研究结果表明， 于700 ℃下制备的LiFePO4/C复合材料在0.1C的倍率下可以得到放电容量144.8 mA·h/g, 在循环160次后, 容量仍保持在141.4 mA·h/g. 这种以廉价的Fe2O3代替目前常用的二价铁盐原料方法, 具有减少LiFePO4合成成本的优点.     

氮掺杂硅酸亚铁锂正极材料的制备及电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂的硅酸亚铁锂正极材料.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、充放电测试和交流阻抗测试（EIS）等对材料的结构及电化学性能进行了表征.结果表明,N元素已掺杂到Li₂FeSiO₄材料晶格中,样品具有较小的颗粒尺寸和优异的动力学性能,表现出较好的充放电比容量和倍率特性,首次放电比容量为130 mA·h/g,循环50次后比容量仍可达到124 mA·h/g,容量保持率高达95%.     

LiNi_(0.85)Co_(0.15)O_2合成和结构与电化学性能关系

介绍了一种以LiOH·H_2O, Co_2O_3和Ni_2O_3为原料通过高温法合成LiNi_(0. 85)Co_(0.15)O_2的方法，通过XRD和电化学测试对制得的产物进行了表征，讨论了 合成条件对产物结构的影响以及结构与电化学性能之间的关系。实验结果表明，合 成反应温度、Li/Ni/Co摩尔比对LiNi_(0.85)Co_(0.15)O_2的结构和电化学性能有 较大的影响，合成出具有电化学活性的LiNi_(0.85)Co_(0.15)O_2需要严格控制反 应条件。本文合成出具有高度结晶层状结构的LiNi_(0.85)Co_(0.15)O_2, Rietveld精化结果表明a = 0.2874 nm, c = 1.4229 nm，最大晶胞体积V = 0. 10180 nm~3，其首次放电容量可达197 mA·h/g, 15次循环后，其放电容量仍在 180 mA·h/g以上。     

S/In_2O_3纳米材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用

以硝酸铟和蔗糖为原料,依次经水热反应和550℃碳化制得In_2O_3纳米材料(nano-In_2O_3);将硫渗入nanoIn_2O_3得S/In_2O_3,其结构和微观形貌经SEM,TEM和XRD表征。将S/In_2O_3,导电炭黑和聚偏氟乙烯按质量比8∶1∶1制成正极材料(1);将1涂覆于铝箔上,锂片作参比电极,1 mol·L~(-1)LiPF_6的DMF/DOL(V/V=1/1)溶液为电解液,组装成锂硫半电池。采用循环伏安法和恒电流充放电法研究了S/In_2O_3的电化学性能。结果表明:在1.95 V和2.3 V处有两个还原峰,2.5 V处有一个氧化峰。电流密度为335 m A·g~(-1),首次放电比容量为1 357m Ah·g~(-1),库伦效率为82.75%。经80次充放电后,放电比容量为537 m Ah·g~(-1)。     

微波-固相复合加热技术合成LiNi0.5Co0.5O2及其性能研究

用高分子分散及微波-固相复合加热技术合成了层状锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.5O2. 采用循环伏安、充放电循环、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线粉末衍射(XRD)等测试技术, 研究了煅烧条件对材料微观形貌、相结构以及电化学性能的影响规律. 研究结果表明: 在750 ℃煅烧4 h即可得到形状为类球形的纯相层状LiNi0.5Co0.5O2正极材料, 该材料的最大放电容量达到154 mA·h/g, 循环10周后放电容量仍保持在148 mA·h/g以上.     

掺Ga对锂离子电池正极材料LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的影响

采用溶胶-凝胶法在0≤x≤0.5的范围内合成了LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的单相.对样品进行了XRD、粒度、比表面积和充放电循环测试.随着掺Ga量的增加,LiCo0.3-xGaxNi0.7O2的放电容量增加.其中LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2在2.8～4.3V和0.2C时的首次放电容量为177.5mA·h/g,经25次充放电循环后无容量衰减.LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2的放电容量随着放电倍率的增大而减小,随着充放电域压上限的增加而增大.但是材料的放电容量在高放电倍率下放电后仍可以完全恢复,且其循环性能与放电域压上限无关.此外,LiCo0.25Ga0.05Ni0.7O2在充放电循环中结构稳定,无相变发生.     

锂离子二次电池正极材料 Li~0~.~7~5Na~0~.~2~5MnO~1~.~9~2I~0~.~0~8化合物 的合成与表征

采用LiOH·H~2O为锂源,化学纯MnO~2(CMD)为锰源,NaI为添加剂,乙腈为非水介质,在常温常压下合成了锂离子二次电池正极材料Li~0~.~7~5Na~0~.~2~5MnO~1~.~9~2I~0~.~0~8化合物,并采用XRD,BET,TEM及电化学测试等手段对该化合物进行了表征。结果表明该化合物原料呈非晶态超细粉末,平均粒径在45～60nm之间,具有较大的比表面积(35～48m^2/g)。经260℃真空干燥后,样品转化为纳米晶态,以该化合物作正极材料与Li作对电极构成的锂电池,在1.5～4.3V之间和0.353mA/cm^2条件下恒流充放电,首次充放电比容量超过280(mA·h)/g。充放电效率大于95％。循环20次后,其充放电比容量仍大于260(mA·h)/g,是很有应用前景的锂离子二次电池正极材料。     

Porous V2O5-SnO2/CNTs composites as high performance cathode materials for lithium-ion batteries

Vanadium pentoxide (V₂O₅) exhibits high theoretical capacities when used as a cathode in lithium ion batteries (LIBs), but its application is limited by its structural instability as well as its low lithium and electronic conductivities. A porous composite of V₂O₅-SnO₂/carbon nanotubes (CNTs) was prepared by a hydrothermal method and followed by thermal treatment. The small particles of V₂O₅, their porous structure and the coexistence of SnO₂ and CNTs can all facilitate the diffusion rates of the electrons and lithium ions. Electrochemical impedance spectra indicated higher ionic and electric conductivities, as compared to commercial V₂O₅. The V₂O₅-SnO₂/CNTs composite gave a reversible discharge capacity of 198 mAh·g^?1 at the voltage range of 2.05–4.0 V, measured at a current rate of 200 mA·g^?1, while that of the commercial V₂O₅ was only 88 mAh·g^?1, demonstrating that the porous V₂O₅-SnO₂/CNTs composite is a promising candidate for high-performance lithium secondary batteries.