新型石墨化氮化碳/锡/氮掺杂碳复合物的制备及储钠性能

钠离子电池锡负极因具有较高的理论容量(847 mA·h/g)、 高电导率和合适的工作电位而备受关注. 但锡基负极材料在循环过程中会发生巨大的结构变化, 进而导致活性材料粉化失活和比容量的快速下降. 本文成功制备了基于石墨氮化碳(g-C₃N₄)、 聚多巴胺衍生的氮掺杂碳(NC)和Sn纳米颗粒的复合物(g-C₃N₄/Sn/NC), 其中Sn纳米颗粒包埋在石墨氮化碳和氮掺杂碳中. 在此多层分级结构中, g-C₃N₄和NC的引入可以显著加速电子/离子的传输及电池反应动力学, 从而有助于Sn和钠离子之间的合金化反应; 此外, 这种复合结构有助于保持电极材料的结构稳定性, 进而可以获得优异的储钠性能. 作为钠离子电池负极材料, g-C₃N₄/Sn/NC在0.5 A/g电流密度下经历100次循环, 可逆容量可以达到450.7 mA·h/g; 在1.0 A/g电流密度下, 比容量为388.3 mA·h/g; 此外, 在1.0 A/g电流密度下, 经过400次循环后其比容量依旧能达到363.3 mA·h/g.     

层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能

室温下, 在水溶液中将铵根离子和水分子插入到商用V₂O₅纳米颗粒的层间, 制得了层状的钒青 铜[(NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O]纳米片. 该纳米片的尺寸为2~10 μm, 厚度为50~250 nm. 与商用V₂O₅纳米颗粒相比, (NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O纳米片用作锂离子电池(LIBs)的阳极材料时, 其性能得到较大提升, 包括大的可逆放电容量 (0.1 A/g时为1148 mA·h/g)、 出色的循环性能(循环70圈后在0.1 A/g时具有1002 mA·h/g的高容量)和高倍率性能(在0.1 A/g时具有1070 mA·h/g的可逆性能). 研究结果表明, (NH₄)₂V₆O₁₆·H₂O纳米片可以作为锂离子电池优良的阳极材料, 也有望应用于其它(如钠离子电池和锌离子电池等)可再充电电池.     

氮掺杂碳磷锂离子电池复合负极材料的制备及电化学性能

以商业化的活性碳作为碳基体, 三聚氰胺作为氮源, 采用沉积法合成了N掺杂的碳磷复合材料. 材料的物性表征和电化学测试结果表明, 磷纳米球形颗粒均匀分散在氮掺杂的活性碳上, 有效增加了与电解液的接触面积, 同时P—C键的存在能稳定材料的结构, 当三聚氰胺的添加量为10%(质量分数)时, 氮掺杂的碳磷复合材料在室温及0.1C倍率首次充电比容量为2282.2 mA·h·g ^-1, 循环100次后充电比容量保持率为92.5%, 在5C倍率下首次充电比容量达到624.6 mA·h·g ^-1. 该复合材料在-10 ℃, 0.1C倍率下充电比容量为1128.2 mA·h·g ^-1, 在55 ℃, 0.1C倍率下首次充电比容量达到2060.5 mA·h·g ^-1, 表现出较好的电化学性能.     

碳化钼改性二氧化硅的制备及其电化学性能

采用硅酸四乙酯、钼酸铵和蔗糖分别作为硅源、钼源和碳源,通过溶胶?凝胶法制备了碳包覆二氧化硅（SiO₂）和碳化钼（Mo₂C）颗粒的SiO₂/Mo₂C/C复合物,并借助X射线衍射仪、透射电子显微镜等仪器对复合物的物相组成、形貌结构等进行了表征测试,同时研究了复合物作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,当硅酸四乙酯、钼酸铵和蔗糖的质量比为3∶1∶2（记为SiO₂/Mo₂C/C 2）用作锂离子电池的负极材料时具有较好的电化学性能。在电流密度为100 mA/g,首次充电和放电比容量分别为662和896 mA·h/g,经过200次循环后,可逆容量仍可达625 mA·h/g。即使在2 A/g的大电流密度下,可逆容量仍可达272 mA·h/g。该复合材料表现出良好的倍率性能和循环稳定性,这主要归因于Mo₂C具有良好的稳定性和较高的导电性,提高了SiO₂的导电性,同时碳包覆层可以保护核心材料直接与电解液反应生成副产物,还可以作为缓冲层减缓SiO₂的体积膨胀,因此在进行充放电的过程中,材料的电化学性能得到显著的提升。在此提出利用过渡金属碳化物改善SiO₂导电性和循环性能的新思想,可以为其它负极材料的改性提供新的研究思路并扩宽研究方向。     

CoSe2/C复合电催化材料修饰隔膜对高载量锂硫电池性能的影响

以具有菱形十二面体结构的ZIF-67为模板, 采用两步烧结法合成了CoSe₂/C复合材料, CoSe₂纳米颗粒直径约30 nm, 均匀分散在碳骨架上. 电化学测试结果表明, CoSe₂/C复合材料在放电过程中可以加快可溶性聚硫离子的还原反应动力学, 还能够促进不溶性Li₂S的沉积过程, 同时加速充电过程中Li₂S的氧化分解. 将CoSe₂/C作为电催化材料与碳材料混合后用于隔膜修饰, 修饰层面载量仅为0.15 mg/cm², 其中CoSe₂/C的质量分数仅占30%时, 电池依然表现出优异的电化学性能; 当硫载量为4.8 mg/cm²时, 在0.2C倍率下电池初始放电比容量为756 mA·h/g, 经过180次循环后, 容量依然能够维持715 mA·h/g, 每次衰减率仅为0.031%.     

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.     

碳包覆氟化亚铁纳米复合材料的制备及电化学性能

通过高温热分解法制备了碳包覆氟化亚铁纳米复合材料(FeF₂/C), 并对其结构、 形貌及电化学性能进行了研究. 结果表明, 该方法对FeF₂实现了碳包覆, 且形成部分碳化铁(Fe₃C). 电化学性能测试结果表明, 该材料在0.1C倍率下循环100周后的放电比容量达到246.7 mA·h/g, 相比于第2周的容量保持率高达93.6%, 具有良好的循环稳定性.     

三维交联石墨烯纳米纤维的合成及储锂性能

以氧化石墨烯为原料, 高温下自组装得到高结晶的三维交联石墨烯纳米纤维. 扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测结果表明, 三维石墨烯纳米纤维为实心结构, 直径小于100 nm, 石墨烯片层有序排列卷曲, 具有较高的结晶度. 电化学性能研究结果表明, 该纳米纤维作为锂离子电池负极材料时, 展现出较高的首次库仑效率(72.4%)与储锂容量(0.1C倍率下容量为692.7 mA·h/g)、 良好的倍率性能(20C倍率下容量为373.3 mA·h/g)及优异的循环稳定性(1000次循环后容量保持率为84.1%).     

用作锂离子电池负极的FeS2微球的制备及性能

以氯化亚铁和硫代硫酸钠为原料, 采用水热法一步合成了由FeS₂纳米片堆积的FeS₂微球. 通过调控铁源与硫源的摩尔比及水热合成时间, 并结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果推测了FeS₂的生长机理, 筛选出最优条件以提升其电化学性能. 电化学测试结果表明, 在500 mA/g的电流密度条件下, 材料的首次放电/充电容量可分别达到905和800 mA·h·g ^-1, 首次库伦效率达到88.4%; 在2000 mA/g的大电流密度条件下, 500次放电/充电循环后依然稳定保持350 mA·h·g ^-1的可逆容量.     

赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)O3负极材料的制备及储锂性能

采用金属硝酸盐为金属源, NaOH和Na₂CO₃为沉淀剂, 利用共沉淀法制备了La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料, 研究了粉体的微观结构和电化学性能, 并与传统的LaCoO₃的电化学性能进行了比较. 通过扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)和N₂吸附-脱附测试对其进行了表征, 结果表明, 所制备的 La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物为钙钛矿结构, 形貌为球状, 且各组成元素分布均匀, 比表面积(19.83 m²/g)较高. 储锂性能研究表明, La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物负极材料具有较高比容量、 优异的倍率性能和循环稳定性, 在200 mA/g的电流密度下, 其首次放电比容量为855.8 mA·h/g, 循环150次后, 比容量增加到771.8 mA·h/g, 远高于理论比容量(331.6 mA·h/g); 在3000 mA/g的高电流密度下循环500次后, 其仍能保持320 mA·h/g的可逆比容量, 接近其理论比容量, 容量保持率高达95.1%. La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃高熵氧化物储锂性能的大幅度提高, 主要归因于熵稳定的晶体结构和多主元协同效应, 使其具有较大的锂离子扩散系数(11.2×10^-18 cm²/s)和较高的赝电容贡献.     

基于聚苯乙烯磺酸的锂金属负极界面保护层的设计

将聚苯乙烯磺酸(PSS)进行锂化处理后, 涂覆在锂箔表面, 在锂金属表面构筑一层均匀的聚苯乙烯磺酸锂(PSSLi)界面保护层, 形成PSSLi@Li复合电极. 通过红外光谱(FTIR)、 电化学阻抗谱(EIS)、 电池性能分析和有限元多物理场仿真模拟等方法, 对该复合电极进行了结构和性能研究. 结果表明, PSSLi界面保护层能有效地避免电解液与锂金属的直接接触, 抑制了“死锂”和锂枝晶的生成. 聚苯乙烯磺酸锂具有整齐排布的磺酸基团, 为锂离子提供了稳定的传输通道, 能够均匀化锂离子的迁移速率, 调节锂离子在电极表面的浓度分布, 并实现均匀的锂金属沉积/剥离. 电化学实验数据表明, 将该PSSLi界面层涂覆在铜箔表面进行库仑效率测试, 循环 350次实验后仍然能够保持在99.5%以上; 利用PSSLi@Li复合电极组装形成的对称电池, 在1 mA/cm²的电流密度、 1 mA·h/cm²的面积容量下, 能够稳定循环1200 h以上; PSSLi@Li与磷酸铁锂正极材料组装的全电池, 在1C倍率下循环500次后, 仍具有115 mA·h/g的容量, 容量保持率可达81%以上; 在8C的高倍率下, 该电池的容量可达到105 mA·h/g.     

Preparation and Properties of Poly（ether ether ketone）/Carbon Nanotube Modified Polypropylene Janus Composite Separator北大核心CSCD

Lithium-ion batteries （LIBs）have attracted wide attention because of their broad prospects in electric vehicles. However,the safety problems and low multiplier performance of the commercial polyolefin separator limit their further development,due to the poor dimensional thermal stability and low electrolyte absorption rate. Poly（ether ether ketone）（PEEK）and carbon nanotube（CNT）are compounded to coat on polypropylene （PP） to prepare Janus composite separator （PP@C） through the phase inversion method. PP@C composite separator does not deform at 180 ℃ for 0. 5 h（only slight deformation）,illustrating excellent thermal stability. The electrolyte absorption rate of PP@C2 is 193. 8%. The electrolyte uptake rate of the PP@C2 composite membrane was 193. 8%,which was 64. 5% higher than the PP membrane,showing a superduper electrolyte permeability. As a result,the specific discharge capacity of LIBs assembled with PP@C2 composite separator is 157. 6 mA·h/g at 0. 2 C and 129. 8 mA·h/g at 2 C,showing good rate performance with the capacity recovery rate of more than 99%. This might be attributed to the ultra-high thermal stability of PEEK,the good affinity of the electrolyte,the high conductivity of CNT,as well as the uniform dispersion of Li+ ,so that the separator can have excellent electrochemical performance while improving safety. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

热压法构筑锂负极聚偏氟乙烯基双功能保护层的研究

锂金属具有高比容量(3860 mA·h/g)和低电化学电位(-3.04 V vs. SHE), 是一种极具潜力的新型电池负极材料. 然而, 锂金属电化学稳定性差, 导致电池循环寿命受限, 容易产生枝晶, 造成电池短路, 引发安全风险, 而其对空气及环境的高度敏感性也极大增加了电池制作的难度与成本, 限制了其应用推广. 改善锂金属负极的界面稳定性被认为是提升锂金属电池性能的重要途径. 本文通过简单直接的热压法在锂金属负极表面构筑了聚偏氟乙烯(PVDF)基双功能保护层, 使锂金属的空气稳定性提升至约120 min, 并延长了锂金属对称电池的循环寿命至约1200 h; 再通过在PVDF保护层内引入亲锂的SnO₂粒子, 形成的无机有机复合保护层可以通过原位合金化反应提供锂沉积的形核位点, 在保持良好循环稳定性的基础上进一步降低成锂沉积的过电位, 极化过电位从0.016 V降低到0.007 V. 含有该保护层的全电池展现出约200次的长循环寿命与90%以上的高容量保持率, 在3C高倍率下放电比容量仍达127 mA·h/g. 提出的双功能电极界面保护层策略能有效提升锂金属负极空气稳定性和电化学性能.     

Fe2O3-MWNTs Composite with Reinforced Concrete Structure as High-performance Anode Material for Lithium-ion Batteries

AFe₂O₃-MWNTs(multi-walled carbon nanotubes) composite with a reinforced concrete structure was fabricated employing a two-step method, which involves a sol-gel process followed by high-temperature in situ sintering. This Fe₂O₃-MWNTs composite, intended to be used as an anode material for lithium-ion batteries, maintained a reversible capacity as high as 896.3 mA·h/g after 100 cycles at a current density of 100 mA/g and the initial coulombic efficiency reached 75.5%. The rate capabilities of the Fe₂O₃-MWNTs composite, evaluated using the ratios of capacity at 100, 200, 500, 1000, 2000 and 100 mA/g after every 10 cycles, were determined to be 904.7, 852.1, 759.0, 653.8, 566.8 and 866.3 mA·h/g, respectively. Such a superior electrochemical performance of the Fe₂O₃-MWNTs composite is mainly attributed to the reinforced concrete construction, in which the MWNTs function as the skeleton and conductive network. Such a structure contributes to shortening the transport pathways for both Li⁺ and electrons, enhancing conductivity and accommodating volume expansion during prolonged cycling. This Fe₂O₃-MWNTs composite with the designed structure is a promising anode material for high-performance lithium-ion batteries.     

氮杂碳原位包覆Cu2O/Co3O4@C异质结构复合材料的设计构筑及高效储锂性能

通过液相法合成了Cu₂O纳米立方体, 并在其基础上利用金属有机框架化合物(MOFs)的自组装形貌调控, 进一步构建了层级多孔Co₃O₄和氮杂碳双壳层的Cu₂O/Co₃O₄@C异质结构复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 热重分析(TGA)、 BET比表面积及孔径分析、 拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段证实了Cu₂O/Co₃O₄@C异质结构复合材料的成功构筑. 双壳层结构设计和丰富的层级孔道结构有效抑制了材料在充放电循环过程中的体积膨胀, 材料在循环100次后仍保持了原有的形貌和构造. 表面多孔结构对电解液的充分浸润、 异质结构的界面内建电场以及缺陷氮杂碳的表面包覆有效提升了材料的电子和离子导电能力. 异质结构设计、 形貌调控、 多孔特性和氮杂碳的协同作用, 使得Cu₂O/Co₃O₄@C复合材料呈现出优异的电化学性能, 在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量达到2065 mA·h/g, 在 2 A/g电流密度下的可逆放电比容量高于360 mA·h/g, 在1 A/g电流密度下循环350次后仍有530 mA·h/g的高可逆放电比容量.     

锂离子电池氧化亚硅负极结构优化和界面改性研究进展

氧化亚硅(SiO)作为锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量(~2043 mAh·g^-1)以及合适的脱锂电位(< 0.5 V),且原料储量丰富、制备成本较低、对环境友好,被认为是下一代高能量密度锂离子电池负极极具潜力的候选材料。然而,SiO在脱/嵌锂过程中存在着较严重的体积效应(~200%),易导致材料颗粒粉化、脱落,严重影响了SiO负极电极的界面稳定性和电化学性能。近年来,人们围绕SiO负极结构优化和界面改性开展了大量工作。本文先从SiO负极材料的结构特点出发,阐述了该材料面临的主要瓶颈问题;继而从SiO的结构优化、SiO/碳复合和SiO/金属复合等三方面,系统总结了迄今已有的SiO负极结构设计和界面调控策略,并分别对其方法特点、电化学性能以及二者间关联规律进行了比较和归纳,最后对SiO负极材料结构和界面改性的未来发展方向进行了展望。     

CoO纳米颗粒/石墨烯纳米纤维复合材料的制备及电化学性能

用石墨烯和Co(CH₃COO)₂·4H₂O作为原料,利用超声辅助法合成了锂离子电池的负极材料CoO纳米颗粒/中空石墨烯纳米纤维复合物.采用X射线衍射(XRD)确定材料的物相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察材料的表面形貌和微观结构,采用X射线光电子能谱(XPS)确定材料的价态结构.采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗谱表征材料的电化学性能.结果显示,在100 mA/g的电流密度下,循环了160次后,可逆容量仍超过800 mA/g,库仑效率保持在99%以上.该材料优异的电化学性能主要归因于石墨烯的中空纤维结构,中空内部可以容纳电解液,能直接将离子输送到颗粒表面,实现了离子的快速传输;二维中空纤维搭建成三维网络结构,实现了三维电子传导网络.     

杯[4]醌/N掺杂的无定形碳纳米纤维复合材料储锂性能

生物质甲壳素来源丰富、廉价易得、N含量高且具有纤维结构,经高温碳化即可获得导电性良好的多孔碳材料。 杯[4]醌(Calix[4]quinone,C4Q)的理论比容量高达447 mA·h/g,但它在传统电解液中的高溶解性和导电性差限制了其在锂电池中的实际应用。 为了解决上述问题,本文以甲壳素为原料,经高温处理制得了N掺杂的无定形碳纳米纤维材料(NACF),并利用其多孔结构吸附C4Q,制备出C4Q/NACF(质量比为1:1)复合材料。 该复合材料在0.1 C电流密度下,首圈放电比容量为426 mA·h/g,循环100圈后比容量为213 mA·h/g,甚至在1 C电流密度下,C4Q/NACF复合材料仍有188 mA·h/g的放电比容量。 实验结果表明,利用NACF碳材料固载C4Q的方法可以提高C4Q锂离子电池的循环稳定性和导电性。     

锂钠合金的原位电化学制备及“锂+钠”共储特性

锂钠合金相较于单一锂或者单一钠具有更优异的性能,以钠金属为正极、锂金属为负极,以LiPF₆、NaClO₄以及锂钠混合离子电解液作为电解液,组装成纽扣电池,在梯度电流密度下进行充放电,成功实现了锂钠合金的原位电化学制备。得益于锂、钠双电化学活性离子的协同效应,不同钠含量的锂钠合金为负极的锂钠混合离子电容器均呈现良好的电化学性能。尤其是低钠量的锂钠合金负极,添加NaClO₄电解液时,活化的柠檬酸钾衍生碳（SCDC-活化）正极在1 A/g电流密度下循环300圈时仍能保持238 mA·h/g的比容量和99%的容量保持率。高钠量的锂钠合金负极,添加锂钠混合离子电解液时,SCDC-活化呈现了319 mA·h/g的比容量,并在循环1040圈时仍能保持93 mA·h/g的高比容量和98%的容量保持率。