硫/碳复合材料在锂硫电池正极中的应用

锂硫电池由于具有1675 mAh·g-1的高理论比容量和2600 Wh·kg-1的高理论能量密度,被看做是下一代最有前景的二次电池能源储存系统之一.但是,多硫化物的穿梭效应、活性物质导电性差以及充放电过程中的体积膨胀效应等问题阻碍了其进一步商业化.为了解决这些问题,不同的材料被引入和硫进行复合.在所有材料的选择中,碳材料由于具有高的表面积、优异的导电性、化学稳定性和低成本等优势在锂硫电池正极中得到了广泛应用.本文总结了几种不同的碳材料在硫/碳复合正极中的发展历程,讨论了碳材料的结构、孔径大小以及表面功能化对锂硫电池电化学性能的影响,并对其前景以及发展趋势作了预测.     

尿素共沉淀法制备LiNi0.8Co0.2O2正极材料及其电化学性能

采用尿素共沉淀法合成了LiNi0.8Co0.2O2锂离子电池正极材料,研究了烧结温度、锂源摩尔配比对LiNi08Co02O2晶形结构、形貌以及电化学性能的影响.结果表明,尿素共沉淀法合成LiNi0.8Co02O2样品最佳工艺条件是800℃温度条件下烧结10 h、锂过量5;合成的样品具有较好的电化学性能,以0.2C倍率充放电时首次充放电容量分别为206.4 mAh·g-1和191.6 mAh·g-1,循环30次后容量为178.2 mAh·g-1.     

草酸前驱体法制备高性能钠离子电池正极材料NaNi0.5Mn0.5O2

采用草酸前驱体法和传统固相法分别合成了钠离子电池正极材料镍锰酸钠(NaNi0.5Mn0.5O2),并通过XRD,SEM,恒流充放电测试,电化学阻抗图谱(EIS)和循环伏安(CV)等测试方法,考察了两种材料在结构、形貌和电化学性能方面的差异.结果显示,用草酸前驱体法制备的材料为结晶良好的层状结构,无杂相存在,颗粒直径在1μm左右.在0.5C(60 mA·g-1)的倍率下,充放电电压范围为2.0～3.8 V时,草酸前驱体法和高温固相法制备的材料首圈放电比容量分别为119.4 mAh·g-1和123.7 mAh·g-1,100次循环后,容量保持率分别为58.3;和35.6;.基于工艺上的简单和有效特性,草酸前驱体法很有潜力作为规模制备钠离子电池层状氧化物正极材料的方法.     

铜锌锡硫正极全固态薄膜锂离子电池的研究

采用铜锌锡硫(CZTS)四元硫化物材料作为全固态薄膜锂离子电池(TFLB)的正极功能层.通过磁控溅射及硫化工艺制备了CZTS多晶薄膜,并经过组分调控及硫化工艺控制等方案,提高了CZTS正极薄膜的电子导电性.此外,通过引入疏松的微观结构,抑制了由充放电过程中的体积膨胀所导致的容量衰减,提升了TFLB循环性能.所制得的TFLB结构为玻璃/Mo/CZTS/LiPON/Li,首圈放电容量高达200μAh·cm-2 ·μm-1(482 mAh ·g-1),放电平台约为1.1V.     

Co3O4/C纳米纤维锂离子电池负极材料性能研究

采用优化的静电纺丝方法结合控制热解法制备出一维Co3O4/C纳米纤维,前驱纳米纤维均匀光滑,其纤维直径大约为200 nm左右,经退火处理后Co3O4颗粒镶嵌于碳纤维中.通过X射线衍射(XRD)表征,发现该Co3 O4结晶完整且无杂质.室温下用蓝电电池测试系统(CT2001A)测试其倍率性能和循环性能,首次放电比容量高达1314.5 mAh·g-1.分别以0.1 C、0.5 C、1 C、2 C、5 C、10 C、15 C和0.1 C的倍率进行充放电测试,其对应比容量分别为633 mAh·g-1、535 mAh·g-1、398 mAh·g-1、252 mAh·g-1、157 mAh·g-1、86 mAh·g-1、49 mAh·g-1和643 mAh·g-1,表现出良好的倍率性能.在倍率为0.5 C下测试其循环性能,50次循环后充电比容量为494 mAh·g-1,容量保持率为88.2;;200次循环后比容量仍能达到300 mAh·g-1,显示出优异的循环性能.这一优异的电化学性能归因于一维CNF网状结构的抗应力缓冲作用.     

镍硫化物/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能研究

采用溶剂热法以NiC12·6H2O为镍源,乙醇为溶剂制备Ni/CNTs前驱体,在水热反应条件下,用Na2S2O3·5H2O对Ni/CNTs前驱体进行硫化,得到NS/CNTs复合材料.对其电化学性能进行测试,NS/CNTs复合材料在1A·g-1电流密度下的比电容可达533.33 F·g-1,经1000次循环充放电后,比电容保持率为42.50;.相较于NS纳米片(146.67 F·g-1和27.27;),NS/CNTs复合材料的电化学性能得到了显著提升,表明CNTs的加入能明显改善镍硫化物的电化学性能.     

Co掺杂对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2电化学性能的影响

本文以醋酸盐为原料,采用溶胶凝胶法制备富锂锰基固溶体正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2.研究Co掺杂后对Li1.2 Ni0.2-x/2Mn0.6-x/2 CoxO2(x=0,0.01,0.02,0.05)材料结构以及电化学性能的影响.XRD和SEM测试表明:Co掺杂后样品结构未发生改变,均属于富锂锰基正极材料.电化学测试表明:Co掺杂能改善材料的倍率性能,提高材料的放电比容量.其中,x=0.02的材料Li1.2Ni0.19Mn0.59Co0.02O2具有最优异的电化学性能,0.05 C下的首次放电比容量由未掺杂的的217 mAh·g-1提升至332.6 mAh·g-1;0.1 C下经40次循环后放电比容量为171.6 mAh·g-1,保持率为85.5;.     

水热法制备铝掺杂二氧化锰及其储锌性能的研究

可充电水系锌锰电池成本低、环保无毒、安全性好,在大规模储能领域具有广阔应用前景.然而,该电池中不仅存在MnO2正极导电率低、结构稳定性差等问题,而且存在负极锌枝晶生长与析氢腐蚀问题,这严重制约了电池循环稳定性的提升.本文采用水热法制备了Al掺杂二氧化锰作为锌锰电池的高稳定性正极材料,并通过X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)详细讨论了Al掺杂对MnO2物相、形貌、含水量与电化学性能的影响.研究表明,Al掺杂不仅使样品由微米级β-MnO2转变为纳米级α-MnO2,还使产物中结晶水含量增加.作为锌锰电池正极材料,所制备的Al掺杂MnO2在1 A·g-1高电流密度下500次循环后剩余容量高达150.1 mAh·g-1,循环稳定性远优于未掺杂的MnO2样品(500次循环后容量为97.8 mAh·g-1).本研究对高性能锌锰电池的开发具有一定启示意义.     

福建物构所锂硫电池正极材料研究取得新进展

<正>锂硫电池的能量密度是目前商品化锂离子电池的3-5倍,同时硫具有成本低、环境友好、安全性能高等优点,能很好地满足未来动力电池的需要。然而在实际应用中,锂硫电池存在着硫的电导率低、放电过程中多硫化物的溶解以及充电过程中硫电极的体积膨胀等问题,这些问题导致硫正极的循环寿命短、容量衰减快以及能量效率低,从而限制了锂硫电池的实际应用。在科技部973计划、国家自然科学基金项目的支持下,     

新型锂离子电池复合负极材料3Li4Ti5O12·NiO的制备及性能研究

采用喷雾干燥法合成了3Li4Ti5O12·NiO复合负极材料.XRD结果表明,复合NiO没有改变Li4Ti5On的晶体结构.SEM结果表明,样品为直径0.5～3 μm的球形颗粒.电化学测试结果表明,3Li4Ti5O12·NiO较Li4Ti5O12倍率性能和循环性能得到极大地提高.该复合材料在0.1C、1C和20 C倍率下的放电比容量分别为372.8 mAh·g-1、252.6 mAh·g-1和204.8 mAh·g-1,在20C倍率下循环300次后的容量保持率为98.7;.