锂离子电池Si/RGO@PANI三明治纳米结构负极材料的制备与电化学性能

以石墨烯和纳米硅颗粒为起始原料,苯胺为单体,植酸为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂（引发剂）,通过超声波的作用成功原位合成了具有三明治纳米结构的Si/RGO@PANI锂离子电池负极材料。石墨烯片层与导电聚苯胺与纳米硅颗粒构成的夹心结构可形成有效的导电网络,且具有优异的结构稳定性,能够有效缓解硅在嵌锂/脱锂过程中产生的巨大体积效应,表现出良好的循环性能和倍率性能。电化学性能测试表明,这种Si/RGO@PANI三明治纳米结构复合材料适合作为一种优良的锂离子电池负极材料。     

Fe2O3/rGO纳米复合物的制备及其储锂和储钠性能

金属氧化物可通过电化学转换反应与锂离子及钠离子发生多电子可逆结构转换,是一类极具应用前景的高容量锂离子和钠离子电池负极材料。实验以氧化石墨烯和铁盐为前驱体,采用简单的溶剂法,成功将Fe₂O₃纳米单晶粒子均匀负载于石墨烯的导电片层上,获得Fe₂O₃/rGO(还原氧化石墨烯)纳米复合材料。复合电极在锂离子和钠离子电池中都表现出优异的充放电性能和循环稳定性。实验结果表明石墨烯的包覆不仅能降低Fe₂O₃发生转换反应的电荷传递阻抗,而且能够稳定电极在循环过程中带来的结构转变,极大改善电极大电流充放能力和循环稳定性。本研究为发展高容量的锂离子和钠离子电池负极材料提供了可行的途径。     

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).     

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。同时它也是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。电极材料的微观结构对其性能有很大影响,利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能。本文综述了石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用研究进展。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构,例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构,可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中,石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外,相比于传统导电添加剂,石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量,达到更加优异的电化学性能。最后对石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。     

利用XPS 氩离子刻蚀表征锂离子电池Si/C负极材料中含硅的活性物质

以石墨、沥青和纳米硅粉为原料制备了锂离子电池Si/C负极材料,使用SEM/ BSE 、Raman、XRD、XPS及XPS氩离子刻蚀等方法对其硅活性物质进行了具体分析。结果表明,XRD和Raman仅判断出负极材料中含有活性物质单质Si;常规XPS结果发现近一半的Si已被氧化为惰性物质SiO2;而使用XPS氩离子刻蚀方法发现负极材料中Si存在5种化学态,包括活性物质单质Si、Si2O、SiO、Si2O3,及惰性物质SiO2;定量结果表明,复合材料的硅活性物质高于96.56%,且主要结构是低价态硅氧化物,而非单质Si。XPS氩离子刻蚀的分析方法为锂离子电池负极材料中硅活性物质的研究提供了新思路。     

微/纳复合结构硅基负极材料

硅材料因其高的理论比容量(4200 mAh/g)而成为极具发展潜力的锂离子电池负极材料之一。纳米硅负极材料可有效避免材料在循环过程中的粉化现象,同时具有较短的Li~+和电子传输路径,相应电极的电化学性能与微米硅电极相比显著提升,但是纳米结构硅材料比表面积过大、振实密度低等特点限制了其在实际生产中的应用。近年来,使用纳米结构硅材料作为一次结构单元构建微/纳复合结构硅基负极材料的策略被广泛研究。本文综述了微/纳复合结构硅基负极材料的研究进展,总结了微/纳复合结构硅基负极材料中一次颗粒和二次颗粒的选择与结构设计要素,并对具有代表性的微/纳复合结构硅基负极材料物理和电化学性能进行了介绍,提出优化的材料结构和电极设计方案。最后,对微/纳复合结构硅基负极材料存在问题进行简单分析并展望了其研究前景。     

锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状

在锂离子电池负极材料的研究中，硅材料以其高达4200 mAh·g^-1的理论比容量，成为近年来新能源电池领域的研究热点.但是在锂化/去锂化过程中，硅负极体积变化高达300%，导致快速的容量衰减和较短的循环寿命.目前硅负极改性最有效的方法之一，是通过粘结剂来保持活性物质、导电添加剂和集流体间的接触完整性，减少硅材料在充放电循环过程中体积变化引起的裂化和粉碎，保持硅负极的高容量，提升电池循环性能.基于硅材料作为锂离子电池负极的优异特性，以及目前锂离子电池粘结剂的发展，将针对锂离子电池硅基负极粘结剂做出系统讨论，描述不同粘结剂对电池性能的主要影响，为锂离子电池硅基负极粘结剂的开发和应用提供研究方向.     

硅材料在锂离子电池负极中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点，是高容量锂离子负极材料的研究热点之一。论文综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展。分别对硅和含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结，并对其存在的问题进行了分析。探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性。指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向。     

锂离子电池负极材料铜锌锡硫纳米颗粒的制备及其电化学性能

以金属氯化物为金属源,硫脲为硫源,聚乙二醇和乙二醇为混合溶剂,采用溶剂热法一步合成了球形的铜锌锡硫纳米颗粒.利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了铜锌锡硫纳米颗粒的物相、结构、形貌;利用电池测试系统对以铜锌锡硫纳米颗粒为锂离子电池负极材料组装的锂离子电池的电化学性能进行了测试.结果表明:所得到的产物为具有锌黄锡矿结构的纯相铜锌锡硫,颗粒直径在300～500nm.铜锌锡硫纳米颗粒作为锂离子电池的负极材料具有较好的稳定性,有望在锂离子电池研究和应用中得到推广.     

二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能

本文采用市售纳米硅为硅源,以软化点低、得碳率高、价格便宜的煤沥青作为碳源,通过两步包覆法制备了煤沥青基硅/碳(Si/C/C)复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的粒径在300~350 nm间,Si纳米粒子被C包覆并相互连结成C-Si-C网络结构,其中Si含量为27%的硅/碳复合物(Si/C/C-27%)作为锂电池电极材料表现了良好的储锂性能。 在0.1 A/g的小电流密度下,Si/C/C-27%的放电比容量为1281 mA·h/g;在3 A/g的大电流密度下,其放电比容量仍能保持在582 mA·h/g,表现了良好的倍率性能。Si/C/C-27%在2 A/g的电流密度下经过100次的循环后其比容量保持率为76.61%,表现了良好的循环稳定性。 相比于煤沥青基碳的一次包覆所得的硅/碳复合材料(Si/C),Si/C/C有效提高了Si纳米粒子的导电性并抑制了其在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀。 本文提出的二次包覆的新方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料提供了新的研究思路。     

Preparation and electrochemical properties of core-shell Si/SiO nanocomposite as anode material for lithium ion batteries

The Si/SiO nanocomposite was synthesized by a sol–gel method in combination with a following heat-treatment process. It was analyzed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), cyclic voltammetry (CV) and capacity measurement as anode material for lithium ion battery. Si nanoparticles were coated with SiO and a core-shell structured nanocomposite was formed. The core-shell Si/SiO nanocomposite displays better reversibility of lithium insertion/extraction and higher coulomb efficiency than virginal Si nanoparticles. The SiO shell envelops the Si nanoparticles to suppress the aggregation of the nanoparticles during cycling. As a result, the core-shell Si/SiO nanocomposite exhibits better capacity retention than virginal Si nanoparticles, indicating that this is a promising approach to improve the electrochemical performance of nano anode materials for lithium ion battery.     

Polyaniline encapsulated silicon nanocomposite as high-performance anode materials for lithium ion batteries

Polyaniline encapsulated silicon (Si/PANI) nanocomposite as anode materials for high-capacity lithium ion batteries has been prepared by an in situ chemical polymerization of aniline monomer in the suspension of Si nanoparticles. The obtained Si/PANI nanocomposite demonstrates a reversible specific capacity of 840 mAh g^?1 after 100 cycles at a rate of 100 mA g^?1 and excellent cycling stability. The enhanced electrochemical performance can be due to that the polyaniline (PANI) matrix offers a continuous electrically conductive network as well as enhances the compatibility of electrode materials and electrolyte as a result of suppressing volume stress of Si during cycles and preventing the agglomeration of Si nanoparticles.     

基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能

通过氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(Cs)之间的氢键以及静电作用形成GO水凝胶,从而将纳米硅颗粒和碳纳米管(CNT)原位包封于其中,再经冷冻干燥及随后的热处理制得三维硅/碳纳米管/石墨烯(Si-CNT@G)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等技术对制得样品的物相、结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,所得复合材料在CNT纵横交织的石墨烯网络中,均匀地分布着纳米硅颗粒。当作为锂离子电池的负极材料时,在两种碳介质的协同作用下,有效缓冲硅材料在充放电过程中脱/嵌锂引起的体积变化,缩短了锂离子和电子传输的距离,Si-CNT@G复合材料表现出较好的循环稳定性以及倍率性能。在500 m A·g~(-1)的充放电电流密度下,经过200圈循环后,其放电比容量仍高达673.7 m Ah·g~(-1),容量保持率高达97%;即使将充放电电流密度升至2000 m A·g~(-1)时,该复合材料仍保持有566.9 m Ah·g~(-1)的高可逆放电比容量。独特的制备方法和优越的储锂性能,使得Si-CNT@G纳米复合材料成为理想的高性能锂离子电池负极材料的候选.     

Improving the electrode performance of Ge through Ge@C core-shell nanoparticles and graphene networks

Germanium is a promising high-capacity anode material for lithium ion batteries, but it usually exhibits poor cycling stability because of its huge volume variation during the lithium uptake and release process. A double protection strategy to improve the electrode performance of Ge through the use of Ge@C core-shell nanostructures and reduced graphene oxide (RGO) networks has been developed. The as-synthesized Ge@C/RGO nanocomposite showed excellent cycling performance and rate capability in comparison with Ge@C nanoparticles when used as an anode material for Li ion batteries, which can be attributed to the electronically conductive and elastic RGO networks in addition to the carbon shells and small particle sizes of Ge. The strategy is simple yet very effective, and because of its versatility, it may be extended to other high-capacity electrode materials with large volume variations and low electrical conductivities.     

Synthesis and Electrochemical Performance of Electrostatic Self-Assembled Nano-Silicon@N-Doped Reduced Graphene Oxide/Carbon Nanofibers Composite as Anode Material for Lithium-Ion Batteries

Silicon-carbon nanocomposite materials are widely adopted in the anode of lithium-ion batteries (LIB). However, the lithium ion (Li⁺) transportation is hampered due to the significant accumulation of silicon nanoparticles (Si) and the change in their volume, which leads to decreased battery performance. In an attempt to optimize the electrode structure, we report on a self-assembly synthesis of silicon nanoparticles@nitrogen-doped reduced graphene oxide/carbon nanofiber (Si@N-doped rGO/CNF) composites as potential high-performance anodes for LIB through electrostatic attraction. A large number of vacancies or defects on the graphite plane are generated by N atoms, thus providing transmission channels for Li⁺ and improving the conductivity of the electrode. CNF can maintain the stability of the electrode structure and prevent Si from falling off the electrode. The three-dimensional composite structure of Si, N-doped rGO, and CNF can effectively buffer the volume changes of Si, form a stable solid electrolyte interface (SEI), and shorten the transmission distance of Li⁺ and the electrons, while also providing high conductivity and mechanical stability to the electrode. The Si@N-doped rGO/CNF electrode outperforms the Si@N-doped rGO and Si/rGO/CNF electrodes in cycle performance and rate capability, with a reversible specific capacity reaching 1276.8 mAh/g after 100 cycles and a Coulomb efficiency of 99%.     

SnS2/graphene nanocomposite: A high rate anode material for lithium ion battery

In this work,via a facile solvothermal route,we synthesized an anode material for lithium ion batteries(LIBs)—SnS_2 nanoparticle/graphene(SnS_2 NP/GNs) nanocomposite.The nanocomposite consists of SnS_2nanoparticles with an average diameter of 4 nm and graphene nanosheets without restacking.The SnS_2 nanoparticles are firmly anchored on the graphene nanosheets.As an anode material for LIBs,the nanocomposite exhibits good Li storage performance especially high rate performance.At the high current rate of 5,10,and 20 A/g,the nanocomposite delivered high capacities of 525,443,and 378 mAh/g,respectively.The good conductivity of the graphene nanosheets and the small particle size of SnS_2contribute to the electrochemical performance of SnS_2 NP/GNs.