高电化学活性SnO2/TiO2空心微球的制备及其性能

采用一种简便的无模板溶剂热法合成了尺寸在1μm左右、具有堆叠结构的SnO_2/TiO_2空心微球。合成过程的研究结果表明:SnO_2/TiO_2空心微球在形成过程中经历了空心、被填充、分裂到再次形成空心结构的过程。随后,SnO_2/TiO_2空心微球作为锂离子电池负极材料的电化学性能测试结果表明:SnO_2/TiO_2空心微球在0.1 A·g~(-1)的电流密度下,其首次放电容量达到1 484.9mAh·g~(-1),库伦效率为49.0%。经过600次循环后,其放电容量依然可以达到565.6 mAh·g~(-1),显示了高的容量和循环稳定性。     

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2制备过程中聚乙烯吡咯烷酮的加入对其电化学性能的影响

为提高LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(NCA)材料的电化学性能,在NCA材料的制备过程中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP),通过调控所得NCA材料的形貌来提高其电化学性能。所得材料采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行形貌结构表征,电化学性能经组装成纽扣电池,用电池程控测试仪和电化学工作站进行测试。研究结果表明:由于PVP的空间效应和静电作用,PVP改性的NCA材料拥有更完整的棒状结构、发育出更好的层状结构,电化学储能性能得到较大的提升。在0.1C下,材料的首次放电比容量和充放电效率分别从143.36 mAh·g~(-1)、78.25%提高到了170.24 mAh·g~(-1)、89.20%;在0.2C的实验室条件下循环50次后,容量保持率为94.28%。     

金属有机框架衍生的高性能锂离子电池负极Co3O4/C复合材料

为克服Co_3O_4负极材料导电率低、循环稳定性差的缺点,选择Co_2(NDC)_2DMF_2(NDC=1,4-萘二甲酸根)为前驱体采用两步煅烧工艺,制备了具有高碳含量的Co_3O_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对样品进行了表征。采用热重分析法(TGA)测定了Co_3O_4/C中非晶态碳的含量。作为锂离子电池的负极材料,Co_3O_4/C具有高的可逆比容量、优异的循环性能(在200 m A·g~(-1)的电流密度下,循环200圈后放电比容量稳定保持在1 000 mAh·g~(-1))和良好的倍率性能(在100、200、500、1 000和2 000 mA·g~(-1)的电流密度下,放电比容量为分别1 076.3、976.2、872.9、783.6和670.1 mAh·g~(-1))。材料优异的电化学性能归结为有机配体衍生的高含量非晶态碳的导电和缓冲作用有利于电子的快速传递并有效减缓了金属氧化物充放电过程中的体积膨胀。     

钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)2O2F的控制合成与电化学性能优化

采用简单的水热合成法制备氟磷酸钒氧钠(Na_3V_2(PO_4)_2O_2F,简写为NVPOF),通过调节水热反应溶液的pH值和反应温度等关键参数,有效调节NVPOF的颗粒尺寸和均匀性,优化其电化学性能。研究结果显示,性能最优的NVPOF的合成条件是:pH值为7.00±0.05,水热反应温度为170℃。在该条件下合成的NVPOF正极材料具有优异的电化学性能,表现为0.1C(1C=130 mA·g~(-1))的倍率下放电比容量可达123.2 mAh·g~(-1),且在20C的高倍率下仍可实现85.9 mAh·g~(-1)的比容量,在1C下循环200圈后其容量保持率为96.2%,表明该材料具有高容量、优异的倍率和循环性能。所制备的NVPOF颗粒为纳米尺度且具有很高的均匀性,可缩短Na~+的传输路径从而缩短其传输时间,且NVPOF晶体结构具有高稳定性,是一类具有高性能的钠离子电池正极材料。     

α-氧化铁介孔纳米材料的制备及其在锂/钠离子电池中的电化学性能

采用硬模板法合成了具有六方排列的平行圆柱形有序孔道介孔α-氧化铁(α-Fe_2O_3),并将其用作锂离子、钠离子电池的负极材料。所制备的介孔α-Fe_2O_3凭借其独特的有序介孔结构,有效缓解电极在充放电过程中的体积效应,提高了电解液浸润性,促进锂/钠离子的转移和传输,从而在锂离子及钠离子电池中均表现出优异的电化学性能。作为锂离子电池负极时,其首圈放电比容量为983.9 mAh·g~(-1)。经过100次循环后,其放电比容量为1 188.0 mAh·g~(-1)。在钠离子电池中,其首圈放电比容量为687.7mAh·g~(-1)。经过50次循环后,仍有316.9 mAh·g~(-1)的放电比容量。     

Na3V2(PO4)2O2F钠离子电池正极材料的水热法制备及性能

采用水热法制备了Na_3V_2(PO_4)_2O_2F (NVPOF)钠离子电池正极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流充放电(GCD)等方法研究了其形貌、结构与电化学性能。结果显示,纯相NVPOF形貌规则,呈长1～3μm、宽300 nm～1μm、长宽比为2～3的四棱柱形貌。NVPOF具有2对平稳的充放电平台,在0.2C和2C电流密度下,放电比容量达到124.2和70.5 m Ah·g~(-1),经100次循环后,放电比容量仍有105.8和59.6 m Ah·g~(-1),容量保持率达到85.2%和84.5%,库仑效率基本在97%以上,且低温(0℃)电化学性能也有不错的表现。经还原氧化石墨烯(r GO)包覆提高电子电导率,NVPOF@r GO在0.5C和2C的室温放电比容量高达124.4和88.4 m Ah·g~(-1),且2C倍率下循环200圈后的比容量仍有78.7 m Ah·g~(-1),容量保持率高达89%,库仑效率始终保持在99%左右,显示出优异的倍率和循环性能。     

高容量梯度锂离子电池正极材料Li[Ni0.85Co0.08Mn0.07]O2的制备

通过改变金属离子的浓度比例,采用连续控制结晶法制备出镍钴锰金属元素连续浓度梯度变化的前驱体[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)](OH)_2。再与LiOH·H_2O混合,通过高温固相法得到全梯度材料Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2。XRD结果表明该梯度材料阳离子混排程度比纯相Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2更低,具有更好的层状结构。扫描电镜结果显示Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2具有球形形貌,粒径分布比较集中,颗粒平均粒径分布在11.5～12μm,切面元素扫描显示沿着球径方向从球心到外壳,镍含量越来越低,而钴锰的含量越来越高。越靠近颗粒表面,镍的含量越低,而钴锰的含量越高。电材料在0.1C放电倍率下首次放电比容量可达204.3 mAh·g~(-1),1C放电倍率的首次放电比容量为185.3 mAh·g~(-1),循环100次后,仍有164.7 mAh·g~(-1),容量保持率达89.17%。在高温55℃环境下,1C首次放电比容量可达202.7 mAh·g~(-1),容量保持率为85.84%,性能均好于纯相Li[Ni_(0.85)Co_(0.08)Mn_(0.07)]O_2。     

高能量密度LiMn0.6Fe0.4PO4/C的制备及其电化学性能

以Mn(NO_3)_2、Fe(NO_3)_3·9H_2O、NH_4H_2PO_4、LiOH·H_2O为原材料,采用改进的溶胶凝胶法制备了具有高能量密度的Li Mn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料。该方法通过金属和多种配体配位构筑的框架,把得到的一次纳米颗粒构筑为类球形的二次颗粒,即发挥了纳米材料优异的电化学性能,又提高了材料的压实密度,电池的能量密度可提升约30%。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、交流阻抗谱(EIS)、振实密度、粒度以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电化学性能进行了较系统的研究,结果表明此方法制备的LiMn_(0.6)Fe_(0.4)PO_4/C材料不仅具有较高的振实密度和电压平台,还具有优异的电化学性能:振实密度为1.3 g·cm~(-3),且在1C倍率下,放电中值电压为3.85 V,100次循环后,比容量仍有142.3 mAh·g~(-1),容量保持率为99.4%。     

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。     

石墨烯修饰改性制备锂离子电池LiFePO4/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2复合正极材料及其性能

采用两步干混-球磨方法制备了石墨烯掺杂改性的锂离子电池LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合正极材料,实现LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的高容量和高安全性。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及电化学测试等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能进行了较系统的研究。结果表明,石墨烯的存在实现了Li Fe PO4材料在LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料表面的完全包覆,形成致密的包覆层,进一步抑制LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2与电解液之间的副反应,提高活性材料利用率和循环性能。三者之间构成导电网络,加快电子渗透和传输,提高倍率性能。Li Fe PO4质量分数为20%的Li Fe PO4-Graphene/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品具有最佳的容量性能和长循环性能,0.1C时放电容量达到202.5 m Ah·g~(-1),3C时放电容量仍然可保持在160.5 m Ah·g~(-1)。50℃在2.8~4.3 V,0.5C下循环100次后,容量保持率为91.9%,优于LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2和LiFePO_4/LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的72.9%和82.0%。     

掺F影响LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2结构和性能的微观机制

以氟化锂为氟源,通过高温固相法合成了F掺杂的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究F影响LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2结构和性能的微观机制。结果表明:适量F掺杂可以提高正极材料的放电比容量,改善其倍率性、循环性和热稳定性。当F掺杂量(物质的量分数)为1.5%时,材料的综合电化学性能最优,初始放电比容量(0.2C)和50周循环容量保持率(1C)分别由原始的174.0 mAh·g~(-1)(78.7%)提高到178.6 mAh·g~(-1)(85.7%)。LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料性能的改善可归因于F能够增强过渡金属层、锂层与氧层之间的结合力,提高材料的结构稳定性。此外,F掺杂还有利于降低电化学反应中的界面电阻和电荷转移阻抗。     

球磨辅助高温固相法制备Li1.0Na0.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其性能

以乙酸盐(乙酸锂、乙酸钠、乙酸钴、乙酸镍、乙酸锰等)为原材料,采用球磨辅助高温固相法制备Li_(1.0)Na_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2正极材料。借助XRD、SEM等表征材料的结构和形貌,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能。结果表明,钠的掺杂导致颗粒表面光滑度降低,形成Na_(0.77)Mn O_(2.05)新相。0.05C活化过程中,掺钠样品和未掺钠样品首次放电比容量分别为258.4 m Ah·g~(-1)和215.8 m Ah·g~(-1),库伦效率分别为75.2%和72.8%;2C放电比容量分别为116.3 m Ah·g~(-1)和106.2 m Ah·g~(-1)。研究发现,掺钠可减小首次充放电过程的不可逆容量,提高容量保持率;改善倍率性能与容量恢复特性;降低SEI膜阻抗和电荷转移阻抗;掺钠后样品首次循环就可以基本完成Li_2Mn O_3组分向稳定结构的转化,而未掺杂的样品需要两次循环才能逐步完成该过程;XPS结果表明,掺钠样品中Ni~(2+)、Co~(3+)、Mn~(4+)所占比例明显提高,改善了样品的稳定性和电化学性能;循环200次后的XRD结果表明掺钠与未掺钠材料在脱嵌锂反应中的相变化过程基本一致,良好有序的层状结构遭到破坏是循环过程中容量衰减的主要原因。     

La1-xSrxCoO3(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)钙钛矿型氧化物的催化性能及改性

通过溶胶-凝胶法制备出A位Sr掺杂的钙钛矿型氧化物La_(1-x)Sr_xCoO_3(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8),并将其作为催化剂应用于双功能氧电极中。测试结果表明,A位Sr的掺杂的La_(1-x)Sr_xCoO_3比LaCoO_3具有更高的电催化活性,并且La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3在氧还原和氧析出反应中均表现出最优的催化性能,最大电流密度分别达到0.244 A·cm~(-2)(-0.6 V vs Hg/HgO)和0.303 A·cm~(-2)(1 V vs Hg/HgO)。为进一步提高催化剂的催化活性,将水热法制备的α-MnO_2纳米管与La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3复合作为双功能催化剂。当α-MnO_2的质量分数为40%时,比起单一的α-MnO_2或钙钛矿氧化物,α-MnO_2/La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3复合材料表现出协同效应,有更好的双功能电催化活性,使双效氧电极具有更好的电化学性能及稳定性。     

NiCo_2S_4六角片作为钠离子电池负极材料的电化学性能及储钠动力学

通过共沉淀以及后续的气相硫化成功制备了横向边长约为2μm,纵向厚度约为30 nm的NiCo_2S_4六角片,并研究了其作为钠离子电池负极材料的电化学性能。电化学性能测试结果显示在1000 mA·g~(-1)的电流密度下,NiCo_2S_4电极循环60次后仍然可保持约387mAh·g~(-1)的可逆比容量。此外,NiCo_2S_4电极还具有良好的倍率性能,在200、400、800、1000和2000mA·g~(-1)的电流密度下,容量分别为542、398、347、300和217mAh·g~(-1)。通过进一步动力学机制分析发现,NiCo_2S_4电极的良好的倍率性能得益于其二维片层状结构诱导产生的赝电容。上述结果表明,NiCo_2S_4纳米六角片是一种极具潜力的钠离子电池负极材料。     

纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe_2O_4纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe_2O_4-20%rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g~(-1)时,其比电容为1 952.5 F·g~(-1),当电流密度为1 A·g~(-1)时,CuFe_2O_4-20%rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。     

锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

通过溶液水解反应在氧化石墨烯表面引入氧化锡(Sn O2)纳米颗粒,再经过自组装作用形成具有三维结构的氧化锡/石墨烯水凝胶(Sn O2-GH)负极材料。其中三维多孔的石墨烯水凝胶为碳质缓冲基体,Sn O2纳米颗粒为活性物质,其颗粒尺寸为2-3 nm,均匀分布在石墨烯层上,担载量可以达到54%(w,质量分数)。直接将该材料用作锂离子电池负极时,在5000 m A?g~(-1)的大电流密度下循环60次容量稳定在500 m Ah?g~(-1),电流减小到50 m A?g~(-1)循环80次后容量仍高达865 m Ah?g~(-1)。这些优异的循环稳定性和大电流充放电性能主要得益于三维石墨烯水凝胶的疏松、多孔结构和良好的导电性。石墨烯水凝胶能够提高电极比表面积,保证电解液对电极的浸润程度;内部空隙能够为锂离子的传输提供快速通道,缩短离子传输距离和时间。同时丰富的内部空间能够有效避免Sn O2纳米颗粒团聚,缓冲Sn O2巨大体积膨胀,维持电极结构的稳定性,是一种非常适于大电流充放电的锂离子电池负极材料。     

Ni0.8Co0.15Al0.05C2O4@Graphene的合成及电化学性能研究

过渡金属氧化物/石墨烯复合材料具有优异的电化学性能被广泛应用在锂离子电池中。本文以硫酸镍、硫酸钴、硫酸铝、草酸为原料按一定的物质的量比配制成溶液,在120°C的条件下水热反应12小时,得到多元过渡金属氧化物前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05C₂O₄(NCA-C₂O₄);该前驱体经聚烯丙基胺盐酸盐修饰后,与氧化石墨烯进行复合并还原得到石墨烯包覆的多元过渡金属氧化物/石墨烯负极材料Ni_0.8Co_0.15Al_0.05C₂O₄@Graphene(NCA-C₂O₄@G)。对材料的结构、形貌和电化学性质进行了表征。扫描电镜测试结果显示样品粒度均一,具有两端不规则长方体形貌。电化学性能测试结果表明：石墨烯包覆后的NCA-C₂O₄@G充放电容量高于前驱体NCA-C₂O₄,NCA-C₂O₄@G复合材料在0.1C电流密度 (1C=1000 mAh/g)下首次放电比容量为1956 mA h/g;经过0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C高倍率循环后,当测试电流密度恢复至100 mA/g时,复合材料比容量可迅速回升至720 mA h/g,并在随后50次循环中比容量保持稳定,显示出良好的循环稳定性和倍率性能。     

锌镍单液流电池正极Ni1-xMnx(OH)2倍率性能分析

采用缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni_(1-x)Mn_x(OH)_2(x=0.1,0.2,0.3,0.4)。X射线衍射(XRD)测试表明x=0.1和0.2的样品主要是由β相组成;扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附-脱附测试表明掺杂Mn样品比不掺Mn的商用β-Ni(OH)2的颗粒更细小、多孔;恒流充放电测试表明,这种电极具有优良的高倍率性能,当x=0.2,电流密度800 mA·g-1时放电比容量为288.8 mAh·g-1,同等条件测试的商用β-Ni(OH)2放电比容量为198.7 mAh·g-1,循环580圈后仍有276 mAh·g-1的放电比容量,其衰减率为4.1%,而同等测试条件下的其它4种样品衰减率分别为46.1%(商用β-Ni(OH)2)、13.0%(x=0.1)、25.6%(x=0.3)、34.1%(x=0.4),可见这种Mn掺杂电极材料适合大电流密度充放电,能够改善镍电极的循环稳定性,降低镍电极成本。     

CuO表面修饰锐钛矿TiO2纳米管阵列及其电化学嵌锂性能

以(CH_2OH)_2、NH4F和HCl为电解液,纯Ti片、CuCl_2和Na NO3为主要原料,联用阳极氧化和水热法制备CuO表面修饰锐钛矿TiO_2纳米管阵列锂离子电池负极材料(CuO/TiO_2)。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射(XRD),研究样品的形貌特征、元素分布、价态和微观物相组成。利用电池充放电测试仪和电化学工作站,探讨材料的电化学嵌锂性能。结果表明,表面修饰后的锐钛矿TiO_2纳米管阵列外侧出现了大量绒毛状纳米CuO,单个绒毛结构的宽度约4 nm,长度约10 nm。在0.3C的电流密度下进行恒电流充放电测试,首次放电容量为550 m Ah·g~(-1),充电容量为490 m Ah·g~(-1)。50次循环后,可逆电流容量仍保持在320 m Ah·g~(-1),具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

LiCoO2梯度包覆LiNi0.96Co0.04O2电极材料的电化学性能

镍钴酸锂(LiNi0.8Co0.2O2)与目前商业用锂离子电池正极材料钴酸锂(LiCoO2)相比,具有成本低、实际比容量高和环境友好等优势。但LiNi0.8Co0.2O2的充放循环性能还有待提高,对其进行阳离子掺杂或表面修饰可以改善其电化学性能,这方面的研究已经成为热点。Fey等人[1]用溶胶凝胶法制