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…

以具有气相碳化形式的精制煤焦油沉积碳为壳层材料、人造石墨及中间相石墨微球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（ｖｓ Ｌｉ＾＋／Ｌｉ）左右用于形成碳电采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     

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．     

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．     

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。     

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。     

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。     

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%。     

锂离子电池用硅/碳复合负极材料

以聚氯乙烯（PVC）、纳米硅粉和小粒径的人造石墨为前驱物,利用高温热解 反应,使纳米的硅和石墨微粒高度均匀地分散在PVC热解产生的碳中,形成一种新 型硅碳复合嵌锂材料,电化学测试表明：该复合材料首次充放电效率约为84%。可 逆比窝容量500mAh·g~（-1）左右,30次循环后容量维持在90%以上。另外,该复 合材料充放电平台经目前锂离子电池广泛采用的中间相碳微球（CMS）高0.15V左右 ,这有助于提高电池的充电倍率性能和操作安全性。     

改性LiClO_4－（PEO）_（20）电解质锂离子迁移数的测定

采用交流阻抗和恒电位计时电流法测定了ＬｉＣｌＯ４·（ＰＥＯ）２０·（ＰＣ）１２·（ＥＣ）１２高分子电解质的锂离子迁移数。在非水溶液和高分子电解质中,锂是热力学不稳定的,表面生成一层固体电解质钝化膜,严重地影响了锂离子迁移数的准确测定。本方法避免固体电解质钝化膜的影响,给出正确的锂离子迁移数测定值,实验表明,ＬｉＣｌＯ４·（ＰＥＯ）２０·（ＰＣ）１２·（ＥＣ）１２电解质的电导率为０．８×１０－３／ｃｍ,锂离子迁移数为０．３。     

高容量材料Si@CPZS在锂离子电池中的储锂性能研究

本文通过简单的溶胶-凝胶法以聚环三磷腈-4,4'-磺酰基二苯酚聚合物（PZS）为碳源通过在硅纳米颗粒表面包覆碳层,成功构筑了核壳结构的Si@C复合材料. 通过对不同厚度碳层包覆的Si@C_PZS的储锂性能进行研究,发现当硅表面PZS衍生碳厚度为10 nm时具有最佳的储锂性能,且经过长达290圈的循环后容量仍然保持在940 mAh·g ^-1,并且利用X射线衍射图谱、热重、比表面孔径测定仪及透射电镜等分析手段对样品进行了结构和组分分析. 本文进一步将Si@C_PZS复合材料作为石墨的添加剂,结果表明30%的Si@C_PZS复合材料可将石墨负极的容量提升至700 mAh·g ^-1.     

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.     

新型成膜添加剂异氰酸酯的电化学行为

以对甲苯磺酰异氰酸酯（PTSI）和环丁砜（TMS）为原料制备了一类新型的二元电解液体系,并通过恒流充放电法和循环伏安法（CV）研究了该电解液体系的物理化学性质及其在球形石墨MCMB电极表面的电化学行为。结果表明,该电解液体系的电化学窗口高于5.0V,热稳定性良好,PTSI的添加可以提高电解液体系与隔膜的浸润能力,PTSI在MCMB电极表面形成的钝化膜还改善了锂离子的脱、嵌可逆性,提高了电解液体系与MCMB电极的相容性。当PTSI的体积添加量为5%时,能在MCMB电极表面形成最优的SEI膜,具有最高的容量和最佳的循环性能,50次循环后的可逆容量保持在360 mAh/g以上。PTSI还具有比TMS和VC更低的HOMO和LUMO值,表明PTSI较之TMS和VC,得电子能力更强,而且更耐氧化。     

钠离子电池碳负极材料的研究进展

钠离子电池具有资源丰富和成本低等优势,在大规模储能领域受到广泛的关注.开发具有高比容量和长循环稳定性的电极材料是钠离子电池走向应用的关键.碳材料作为钠离子电池的负极材料,具有可调控性高与稳定性好等优势,具有应用潜力.目前,研究较为广泛的碳材料主要包括石墨、无定形碳、杂原子掺杂碳、生物质合成碳,但这些碳负极材料存在着钠-石墨化合物热力学不稳定、较大的体积变化以及初始库伦效率低等问题,制约了钠离子电池的发展与广泛应用.通过对碳材料的结构进行修饰改性及将其与电解液进行匹配,可以有效提升其储钠性能.本文对这几类碳材料的结构特点、电化学性能、储钠机理、面临的问题、改进方法以及商业化前景进行总结,为钠离子电池碳负极材料的发展提供新见解.     

碳膜夹层锂硫电池的电化学性能

选取Super-P（SP）、KB或MWCNTs导电碳膜夹层,并置于硫电极与隔膜间组装成扣式锂硫电池.相关评估结果表明,碳膜夹层可显著提高锂硫电池循环性能,硫电极（载硫量为80%,by mass,下同）循环40周后比容量均在800 mAh·g^-1以上. 上述三种碳膜的物理性质有较大差异,导致相应电池具有不同电性能. KB碳膜夹层电池呈现较强的电化学极化效应;SP碳膜夹层电池循环初期可释放出最高的比容量,而循环稳定性较差;MWCNTs碳膜可视为较适宜的导电碳夹层材料.     

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。     

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.