Na+掺杂锂离子电池正极材料LiNi0.6 Co0.2 Mn0.2 O2的制备及电化学性能

采用草酸盐共沉淀法制备了钠掺杂改性的Li_0.98Na_0.02Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料,借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量分散谱（EDS）、感应耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流充放电测试等手段对材料的颗粒形貌、晶体结构和电化学性能进行了研究.结果表明,掺钠后的材料具有更完善的α-NaFeO₂结构（空间群为+/Ni²⁺阳离子混排和更大的Li层间距,易于Li⁺在晶格中的快速脱嵌迁移.电化学性能测试结果证实掺钠样品具有优异的循环稳定性和高倍率性能,在2.7~4.3 V,1C下循环100次后,放电比容量仍为146 mA·h/g（容量保持率为95.4%）,在0.1C,0.2C,0.5C,1C,3C,5C,10C和20C时的放电比容量分别为181,168,162,155,143,136,126和113 mA·h/g.     

单斜层状结构锂离子电池正极材料LiYxMn1-xO2的合成及电化学性能

以Na2CO3 、(CH3CO2)2Mn•4H2O、Y2O3和CH3COOLi•2H2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn1-xYxO2 (x=0.01,0.02,0.03,0.05) 化合物。通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响。X射线衍射测试结果表明,所得产物均具有单斜层状结构。循环伏安及恒电流充放电测试结果表明,合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用, 钇离子的引入可以部分取代原有的三价锰离子, 由于钇离子的离子半径较三价锰离子大, 因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大, 在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道, 更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO2 材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY0.021Mn0.979O2化合物,其首次放电比容量为125.7 mA·h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1 mA·h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138 mA·h/g。交流阻抗测试结果表明, Y3+的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li+的扩散能力。     

氮掺杂多孔炭片的模板法制备及其储锂性能研究

以氧化镁/三聚氰胺/聚乙二醇混合物为初始原料,通过模板辅助的方法成功地制备了高储锂性能的氮掺杂多孔炭片（NPCSs）.采用红外光谱（FTIR）、X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、循环伏安（CV）、恒流充放电（GCD）和交流阻抗（EIS）对样品进行了详细地表征和分析.结果显示：NPCSs为交错连接的多孔炭片网络,并显示出较高的比表面积（370.8 m²·g^-1）、多级的孔道和高的氮含量（8.5 at%）.这种连续多孔的结构,有利于电子在三维方向的传输,缩短了锂离子扩散的距离,扩大了锂离子与电极的接触面积,也为锂离子的储存提供了有利场所.此外,高的氮掺杂水平为锂离子的嵌入和脱出提供了大量的活性位点,增强了材料的导电性.基于此独特的结构,NPCSs电极显示了高的首次可逆比容量（电流密度为100 mA·g^-1时,扣除乙炔黑贡献后的比容量为914 mAh·g^-1）和较好的循环稳定性（电流密度为1000 mA·g^-1,循环至300圈,仍保留523 mAh·g^-1的比容量）.而且,该材料显示出较高的倍率性能,在电流密度为3000 mA·g^-1时的可逆比容量达到355 mAh·g^-1.因此,所获得的NPCSs有望成为锂离子电池负极材料.     

0/1/2维混合纳米形貌V2 O5的制备与储锂性能

以P123为结构导向剂,采用溶胶-凝胶法结合冷冻干燥技术制备了0/1/2维混合纳米形貌的正交相V₂O₅电极活性材料.利用XRD和SEM表征了样品的结构和形貌,通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试研究了样品的储锂性能.结果显示,这种0/1/2维混合纳米形貌V₂O₅具有较高的储锂容量、优异的电化学循环稳定性和出色的大倍率充放电性能,在1 A/g电流密度下循环500次后放电比容量稳定在117.5 mA·h/g,容量保持率为94.4%,在5 A/g大电流密度下,其放电比容量仍保持在88.2 mA·h/g,性能明显优于未添加P123制备的2D片状V₂O₅材料.     

掺杂ZnCl2对酚醛树脂炭化物结构与性能的影响

对可溶性酚醛树脂进行ZnCl₂掺杂,详细讨论了ZnCl₂的掺杂对酚醛树脂炭材料结构和性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及表面吸附实验(BET)等测试手段,对掺杂ZnCl₂后的炭化物进行了结构表征及电化学性能测试.结果表明,掺入ZnCl₂后炭化物的微晶尺寸和层间距变大,微粒大小趋于均匀,微粒及微粒内部孔径均为纳米级,孔径明显增大,比表面积大幅度地增加.用该热(裂)解材料作电极,其可逆容量达745mA·h/g.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的改性研究

采用改进的溶胶-凝胶法合成了Li2Fe1-xMnxSiO4/C(x=0, 1/4, 1/3, 1/2)复合材料. 用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征. 通过恒流充放电对材料的电化学性能进行了测试. 结果表明, 在室温、1.5~4.8 V电压范围内, 于C/16倍率下进行充放电测试时, Li2Fe3/4Mn1/4SiO4/C具有较高的首次放电比容量(201.0 mA·h/g), 具有良好的电化学性能.     

二氧化锰含量对活性炭电极电化学性能的影响

本文采用液相法、热分解MnCO₃法以及电解沉积法制备不同二氧化锰粉末,并将其与活性炭复合,应用于水系超级电容器. 使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）技术对材料形貌进行表征. 使用循环伏安法以及恒流充放电法对其电化学性能进行测试. 实验数据表明,α-MnO₂（质量分数70%）掺杂活性炭电极的最大比容量为151 F•g^-1,β-MnO₂（质量分数60%）掺杂活性炭电极的最大比容量为172F•g^-1,γ-MnO₂（质量分数50%）掺杂活性炭电极的最大比容量为141F•g^-1,但二氧化锰粉末对电极内阻的影响呈无规律性.     

氧化锡多孔纳米纤维的制备及储锂性能

采用高压静电纺丝结合高温煅烧的方法制备了SnO₂多孔纳米纤维, 通过调节前驱体浓度获得具有高孔隙率的疏散型纤维, 利用SEM, TGA, XRD和电化学测试等手段对材料进行了表征. 结果表明, SnO₂多孔纳米纤维具有较好的电化学性质, 作为锂离子电池负极材料的初始可逆容量为717 mA·h/g, 20次循环后电池的充放电容量保持在320 mA·h/g左右.     

Na掺杂Li2-xNaxMnSiO4/C正极材料的微波辅助合成与电化学性能

采用溶胶-凝胶法并辅以微波热处理合成了Na掺杂改性的Li_2-xNa_xMnSiO₄/C(x=0, 0.05, 0.09, 0.13)复合正极材料. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 恒电流充放电测试、 循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试等对材料进行了表征. 结果表明, 经微波辐射后得到的电极材料具有Pmn2₁型空间结构, 其碳层分布均匀, 粒径细小均匀, 约为15~30 nm. 在微波辅助原位碳包覆和Na掺杂共同作用下, 复合材料的电荷转移电阻明显降低, Li⁺扩散速率增大, 展现出优良的电化学性能. 在0.1C倍率下Li_1.91Na_0.09MnSiO₄/C样品首次放电比容量为211 mA∙h/g, 50次循环后仍保持80 mA∙h/g的可逆容量; 0.5C和2.0C倍率下的放电比容量分别为106和53 mA∙h/g, 大电流下的可逆容量明显提高.     

锂离子电池正极材料LiMnO2的掺杂及其电化学性能

采用水热法合成了用于锂离子电池正极材料的LiMxMn1-xO2(M=Mg, Y, Zr)化合物. 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料的晶体结构和形貌进行了表征, 材料的电化学性能通过恒流充放电和交流阻抗谱(EIS)进行测试, 分析了掺杂元素在改善材料性能中的作用. 结果表明, 掺杂后的LiMxMn1-xO2正极材料循环性能优于未经掺杂的材料. 其中以掺杂钇的i0.99Mn0.979Y0.021O2正极材料循环性能最佳, 在室温下, 充放电电流密度为50 mA·g-1时, 60次循环后放电容量为226.3 mAh·g-1.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的冻干干燥法制备及电化学性质

通过冻干干燥法辅助制备了分布均匀的纳米Li₂FeSiO₄材料.通过X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）、N₂吸附-脱附、循环伏安（CV）和充放电测试等手段对材料的结构及电化学性能进行了表征.结果表明,冻干法处理后得到的Li₂FeSiO₄材料颗粒尺寸更小,能够缩短锂离子的扩散距离;同时较大的比表面积可以使材料与电解液接触更加充分.在1.5~4.8 V电压范围内,与采用传统烘干干燥法制备的材料相比,采用冻干法制备的材料表现出更高的可逆比容量,并具有良好的倍率性能和循环稳定性.     

锂离子电池新型快充负极材料Li4Ti5O12的改性研究

采用传统固相法制备尖晶石型Li4Ti5O12, 在前驱物中掺杂聚合物裂解碳材料聚并苯(PAS). 经四探针测试仪测量, 电导率提高9个数量级. 复合物的电化学性能测试结果表明, 其循环性和高倍率性能得到了明显改善.     

纳米锡锌复合氧化物贮锂材料的合成和性质

用液相沉淀-热解法合成了一系列结构和组成不同的锂离子电池纳米锡锌复合氧化物贮锂材料, 通过XRD、TEM和电化学测试对材料进行了表征. 测试结果表明, 非晶态ZnSnO3负极材料的初始可逆贮锂容量为844 mA·h/g, ZnO·SnO2负极材料的初始可逆贮锂容量为845 mA·h/g, SnO2·Zn2SnO4复合物负极材料初始可逆贮锂容量为758 mA·h/g, 循环10周后, 三者的充电容量分别为695, 508和455 mA·h/g, 表明非晶态结构的锡锌复合氧化物具有较好的电化学性质, 随着样品中晶体的形成, 该类型负极材料的贮锂性能下降.     

N-Doped Carbon Nanofibers Encapsulating CoO@Co9S8 Nanoparticles: Preparation from S-Rich Co32 Coordination Cluster Precursors by Electrospinning and Application for Superior Li-ion Storage

Thiacalixarene-supported Co₃₂nanoclusters encapsulated in polyacrylonitrile nanofibers(Co₃₂@PAN-NFs) by electrospinning have been utilized as precursors to fabricate N-doped CoO@Co₉S₈ carbon nanofibers(CoO@Co₉S₈@CNFs) for superior Li-ion storage. The S-rich Co₃₂ clusters capped by organic sheets afforded the well dispersed cobalt oxide/sulfide nanoparticles embedded in carbon nanofiber composites by direct calcination. The N-doped CoO@Co₉S₈@CNFs nanocomposites have been utilized as anode materials for lithium ion battery with the reversible capabilities being of 1051.8, 967.6, 894.7, 782.7, 669.5 and 525.4 mA·h/g at 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2 and 3 A/g, respectively. The CoO@Co₉S₈@CNFs also showed a relatively high stable capacity of 551.7 mA·h/g at the current density of 1 A/g after 200 cycles of rate experiments. The as-obtained N-doped CoO@Co₉S₈@CNFs nanocomposites exhibited superior reversible capacity, rate performance, Coulomb efficiency(74.5% vs. 63.9%) and cyclic stability comparing with the CoO@Co₉S₈@C derived from simple annealing of Co₃₂ templates.     

Li Ion Exchanged α-MnO2 Nanowires as Efficient Catalysts for Li-O2 Batteries

Due to the limited energy densities, which could be achieved by lithium-ion cells, Li-O₂ batteries, which could provide a promising super energy storage medium, attract much attention nowadays. For its high activity, high storage and low cost, Mn-based oxides have shown versatile application in various batteries. To enhance the cyclability of Li-O₂ batteries, here, we synthesized a kind of α-MnO₂ nanowires as a bifunctional catalyst for Li-O₂ batteries. The particular structure of α-MnO₂ reduces the mass transfer resistance of the battery, and the MnO₂ nanowires were ion exchanged by saturated lithium sulfate solution so as to further improve the performance of the catalyst. The exchanged α-MnO₂ catalyst showed a high discharge specific capacity(6243 mA·h/g at a current density of 200 mA/g) and significantly improved the cyclability up to the 55th cycle(200 mA/g with capacity of 1000 mA·h/g). The results show that the Li ion exchange method is a promising strategy for improving the performance of MnO₂ catalyst for Li-O₂ batteries.     

NiCo_2O_4@C纳米复合材料的水热合成及电化学储锂性能

采用一步水热法合成了棒状NiCo_2O_4前驱体,并通过调节水热反应过程中碳源(葡萄糖)的加入量以及后续热处理条件(气氛、温度)得到了一系列不同的NiCo_2O_4及NiCo_2O_4@C产物,并对这些产物的结构、形貌及电化学储锂性能进行了测试.结果表明,适当的葡萄糖加入量(0.5 g)配合合理的煅烧条件(400℃,氮气气氛)可以获得倍率性能和循环稳定性兼具的NiCo_2O_4@C纳米复合材料.在100 m A/g的电流密度下,该材料的首次充/放电比容量为634.1/767.2 m A·h/g,对应的库仑效率为82.7%,5周后的放电比容量为650.1 m A·h/g,容量保持率为84.74%,且在300 m A/g的高电流密度下可逆比容量仍可保持在225.9m A·h/g.     

微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4

研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法. 采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料. 通过XRD、SEM和恒流充放电测试, 对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析. 与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较. 结果表明, 微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料; 在650 ℃时处理12 min, 获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物, 该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能. 在60 ℃下以C/20倍率(电流密度, 1C=160 mA·g-1)进行充放电, 首次放电容量为119.5 mAh·g-1, 10次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1. 与传统高温固相法相比, 微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.     

亲锂的三维二硫化锡@碳纤维布用于稳定的锂金属负极

金属锂由于其高的比容量,低的电极电势和轻质等特点被认为是下一代高能量密度锂金属二次电池负极材料的最佳选择。然而,充放电循环中不均匀的锂沉积会导致严重的体积变化和大量的锂枝晶形成,从而影响了电池的库伦效率甚至会带来严重的安全隐患。为此,本文设计了一种亲锂的三维二硫化锡@碳纤维布复合基底材料,并作为集流体将其应用于金属锂电池上。一者,高比表面积的三维碳纤维骨架可以适应充放电过程中的体积变化并且有效地降低局部电流密度,从而确保锂的均匀沉积。二者,表面修饰的SnS2层在锂沉积过程中可以形成Li-Sn合金界面层,诱导锂的沉积并降低过电势。最终,实验结果表明:使用所制备的复合集流体与金属锂搭配组成的半电池可以在5 mA·cm^-2的高电流密度下以>98%的库伦效率稳定循环100周以上。此外,在承载10 mAh·cm^-2的金属锂后,复合的锂负极无论是在对称电池还是与磷酸铁锂组装成的实际电池中,均可以在高的电流密度下实现稳定的循环。我们相信这一复合的集流体构建策略对于设计安全稳定的锂金属电池或器件具有重要意义。     

Enhanced Electrochemical Performance of Na0.67Fe0.5Mn0.5O2Cathode with SnO2 Modification

P2-type layered oxide Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ is recognized as a very promising cathode material for sodium-ion batteries due to the merits of high capacity, high voltage, low cost, and easy preparation. However, its unsatisfactory cycle and rate performances remain huge obstacles for practical applications. Here, we report a strategy of SnO₂ modification on P2-type Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ to improve the cycle and rate performance. Scanning electron microscope(SEM) and transmission electron microscope(TEM) images indicate that an insular thin layer SnO₂ is coated on the surface of Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ after medication. The coating layer of SnO₂ can protect Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ from corrosion by electrolyte and the cycle performance is well enhanced. After 100 cycles at 1 C rate(1 C=200 mA/g), the capacity of SnO₂ modified Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ retains 83 mA·h/g(64% to the initial capacity), while the capacity for the pristine Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ is only 38 mA·h/g(33.5% to the initial capacity). X-Ray photoelectron spectroscopy reveals that the ratio of Mn⁴⁺ increases after SnO₂ modification, leading to less oxygen vacancy and expanded lattice. As a result, the capacity of Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ increases from 178 mA·h/g to 197 mA·h/g after SnO₂ modification. Furthermore, the rate performance of Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ is enhanced with SnO₂ coating, due to high electronic conductivity of SnO₂ and expanded lattice after SnO₂ coating. The capacity of SnO₂ modified Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂ at 5 C increases from 21 mA·h/g(pristine Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂) to 35 mA·h/g.