纳米CoSe修饰氮掺杂多孔碳的可控制备及其锂硫电池多硫化物的催化转化效应

锂硫电池中较差的循环稳定性和倍率性能是实现锂硫电池商业化的技术障碍,其主要原因之一是多硫化物在硫电极内的电化学转化速率较为缓慢。为此,我们以ZIF-9为前驱体,采用先碳化,再酸化刻蚀,最后硒化的方法合成了含少量催化剂的CoSe修饰氮掺杂多孔碳(CoSe/NC)电极材料,以期提高硫电极内多硫化物的电化学转化动力学性能,并通过流动液相三电极体系对该材料进行电化学动力学表征。结果显示,相较于对比材料,CoSe/NC能够加快多硫化物的氧化还原反应速率,在0.2mA·cm-2电流密度下,多硫化物氧化还原反应在CoSe/NC电极上有最小的反应过电位;同时,在0.1 V过电位下,各氧化还原反应也有最大的响应电流。因此,将CoSe/NC作为硫宿主材料组装电池展现了优异的电化学性能：在1C(1C=1 675 mA·g^-1)下初始放电比容量为1 068 mAh·g^-1,经过500次循环后,可逆容量仍保持在693 mAh·g^-1。另外,在3C的高电流密度下,放电比容量可高达819 mAh·g-1。     

锂离子电池正极材料LiFePO4/ C的合成研究

以三价铁化合物作为铁源，采用碳热还原法一步合成得到锂离子电池正极材料LiFePO₄。利用X射线衍射仪、扫描电镜、碳硫分析法和电化学性能测试方法对磷酸铁锂材料的物相结构、表面形貌、含碳量(质量分数)以及电性能进行分析研究。讨论了烧结温度、烧结时间和掺碳量对材料电性能的影响。结果表明，LiFePO₄的电性能与烧结温度、时间以及掺碳量有密切的关系，在优化试验条件下制备的正极材料LiFePO₄，以电流密度为17 mA·g^-1充放电，首次放电容量达到141.8 mAh·g^-1，80次循环后放电容量为137.7 mAh·g^-1，容量保持率为97.1%。     

负极材料NiO的制备及电化学性能

以Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH为原料,采用水热法合成了锂离子电池负极材料NiO。通过TG-DSC分析，确定了合成过程的反应机理。通过XRD、SEM和恒流充放电测试,研究了NiO样品的结构、形貌及电化学性能。400 ℃焙烧得到立方结构的NiO产品，以0.10 mA·cm^-2充放电,首次放电比容量达到1 151 mAh·g^-1，经过20次循环后的比容量仍为776 mAh·g^-1。     

Sn-SnSb/石墨复合材料的制备及电化学性能

以柠檬酸钠为配位剂、NaBH4为还原剂，将Sn(Ⅱ)和Sb(Ⅲ)盐在水溶液中共还原制得Sn-SnSb合金。X射线衍射和扫描电镜的测试结果表明：所得合金为多相合金，颗粒大小约200 nm。将该合金粉和石墨按质量比4∶1经机械球磨形成Sn-SnSb/石墨复合材料，将其作为锂离子电池阳极材料进行电化学性能测试，结果表明，该复合材料可逆容量超过600 mAh·g^-1，具有良好的循环性能，15次循环内的稳定比容量为461 mAh·g^-1，而纯Sn-SnSb合金粉15次循环后充电比容量为337 mAh·g^-1。     

构建一维铜基配位聚合物作为锂离子电池正极材料

合成了一种新型的一维(1D)羰基配位聚合物[Cu (BGPD)(DMA)(H₂O)]·DMA (记为Cu-BD,H₂BGPD=N,N′-双(甘氨酰)均苯四甲酸二酰亚胺,DMA=二甲基乙酰胺),并考察了其用作锂离子电池正极材料的电化学性能。电化学测试结果表明,Cu-BD正极在50 mA·g^-1的电流密度下循环100圈后仍然保留50 mAh·g^-1的比容量,具有较好的循环稳定性。Cu-BD电极反应机理研究表明,BGPD^2-配体和Cu (Ⅱ)离子在充放电过程中都可能参与了电子转移过程。     

离子电池正极材料LiNi0.5Mn0.5O2的合成

采用共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂，前驱体制备过程中金属离子氢氧化物的形貌、粒径分布和最终合成材料的性能息息相关。本文讨论了共沉淀反应过程中沉淀体系、pH值、搅拌速度和氨水浓度对沉淀产物形貌的影响。同时还考察了烧结制度对材料电化学性能的影响。结果表明，在优化条件下制备的正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂首次放电容量高达178 mAh·g^-1，50个循环后放电容量稳定保持在165 mAh·g^-1(电压范围2.8～4.5 V，电流密度30 mA·g^-1)。     

锂离子电池用Sn/C复合材料的碳热还原法制备

采用碳热还原法制备了Sn/C复合材料,通过XRD、SEM、恒流充放电循环、慢速扫描循环伏安(CV)等方法对材料以及其电化学嵌脱锂性能做了研究。结果表明：Sn球均匀分散在絮状碳材料中,加热时间越长,Sn球粒径越大。加热8 h得到材料的首次嵌锂比容量可达1 014 mAh·g^-1,循环15周以后的嵌锂比容量为406 mAh·g^-1。     

层状LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料的合成及电化学性能研究

采用液相法在800 ℃空气中烧结20 h合成出层状LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂正极材料。通过XRD、IR、SEM、XPS和电化学性能测试考察了产物的组成、结构、形貌及电化学性能。结果表明，所合成的LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂为六方单相，层状结构发育完善；产物呈球形且粒度小，分布窄，平均粒径为0.3 μm。以1 mA·cm^-2的电流密度，在2.7～4.3 V区间进行充放电测试，前4周的充放电比容量分别为168/160 mAh·g^-1、169/162 mAh·g^-1、165/160 mAh·g^-1、163/158 mAh·g^-1，循环性能优良。循环伏安实验表明，该材料在3.9 V附近出现了一对对称性好的氧化还原峰。     

高温固相法合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2及其性能研究

采用高温固相法合成出层状锂离子电池正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂。通过XRD、ICP、SEM和电化学测试手段对产物的结构、组成、形貌及电化学性能进行了研究。XRD结果表明此方法合成的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂具有标准的α-NaFeO₂型层状结构，SEM照片显示颗粒粒径大约在500 nm左右，粒径分布较窄。以20 mA·g^-1电流密度放电，充放电电压在2.8～4.4 V之间，其首次放电比容量为170 mAh·g^-1，40次循环容量保持率为85.3%。进一步加入石墨导电剂后，同样条件下首次放电比容量变为179 mAh·g^-1，50次循环容量保持率为89.6%。容量衰减主要发生在前10次循环。XRD和SEM测试表明循环初期容量衰减的原因是由材料本体结构变化和界面反应共同作用的结果。     

乙炔黑涂层对锂硫电池性能的影响

锂硫电池的循环放电稳定性较低,因此我们采用一种低成本的方法改善锂硫电池的性能,即在硫电极表面制备乙炔黑涂层并测试了材料的形貌结构及电化学性能。结果表明,在硫含量（质量分数）70%的硫-乙炔黑复合材料中,硫附着在乙炔黑颗粒表面。接着在硫电极表面制备了厚度15 μm左右的乙炔黑涂层,乙炔黑涂层-硫电极的氧化反应电位低于硫电极,说明乙炔黑涂层有助于硫电极氧化反应的进行。与硫电极相比,乙炔黑涂层-硫电极活性物质的聚集程度低于硫电极,乙炔黑涂层-硫电极具有更高的放电比容量和循环放电稳定性。在150次循环充放电后,乙炔黑涂层-硫电极的放电比容量为894 mAh·g^-1。     

Activated carbon aerogels with high bimodal porosity for lithium/sulfur batteries

Activated carbon aerogels (ACAs) with high bimodal porosity were obtained for lithium/sulfur batteries by potassium hydroxide (KOH) activation. Then sulfur–activated carbon aerogels (S–ACAs) composites were synthesized by chemical deposition strategy. The S–ACAs composites were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy, and N₂ adsorption/desorption measurements. It is found that the activated carbon aerogels treated by KOH activation presents a porous structure, and sulfur is embedded into the pores of the ACAs network-like matrix after a chemical deposition process. The Li/S–ACAs (with 69.1 wt% active material) composite cathode exhibits discharge capacities of 1,493 mAh g^?1 in the first cycle and 528 mAh g^?1 after 100 cycles at a higher rate of C/5 (335 mA g^?1). The S–ACAs composite cathode exhibits better electrochemical reversibility, higher active material utilization, and less severe polysulfide shuttle than S–CAs composite cathode because of high bimodal porosity structure of the ACAs matrix.     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA·g^-1、200 mA·g^-1和300 mA·g^-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh·g^-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh·g^-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

异质双碳源对LiMn0.8Fe0.2PO4复合材料电化学性能的影响

采用水基流变相辅助的固相法,以异质碳蔗糖和石墨为碳源,合成了LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料,研究了不同石墨加入方式对所制复合材料电化学性能的影响,并对所制备的LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C复合材料进行了X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附测试、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征。结果表明,不同石墨包覆工艺对材料结构和电化学性能具有显著影响。前驱体煅烧后再加入石墨获得的样品纯度高,形貌呈均一的椭圆形,在0.1C下的放电比容量为149 mAh·g^-1,达到其理论比容量的87%;在5C下最大的放电比容量为133 mAh·g^-1;在2C倍率下经过300次循环后比容量维持在127 mAh·g^-1,衰减率仅为1.9%,表现出了优良的循环稳定性。     

Nano-crystalline FeOOH mixed with SWNT matrix as a superior anode material for lithium batteries

Nano-crystalline FeOOH particles(5～10 nm) have been uniformly mixed with electric matrix of single-walled carbon nanotubes(SWNTs)for forming FeOOH/SWNT composite via a facile ultrasonication method. Directly using the FeOOH/SWNT composite(containing 15 wt%SWNTs) as anode material for lithium battery enhances kinetics of the Li+insertion/extraction processes, thereby effectively improving reversible capacity and cycle performance, which delivers a high reversible capacity of 758 mAh g-1under a current density of 400 mA g-1even after 180 cycles, being comparable with previous reports in terms of electrochemical performance for FeOOH anode. The good electrochemical performance should be ascribed to the small particle size and nano-crystalline of FeOOH, as well as the good electronic conductivity of SWNT matrix.     

溶胶凝胶法合成富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2及性能表征

以LiOH.H2O、Mn(CH3COO)2.4H2O和Ni(CH3COO)2.4H2O为原料,分别用柠檬酸(CA)与乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂,采用溶胶凝胶法结合固相烧结法制备富锂固溶体正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪对所得样品的结构、形貌、粒径分布进行了表征,并测试了材料的电化学性能。采用CA配位制备的材料的电化学性能优于用EDTA配位制备的材料的电化学性能,室温下以18 mA.g-1的电流密度,在2.0~4.8 V电压范围内充放电,用CA制备的材料首次充电比容量高达324 mAh.g-1,首次库伦效率达82%;在180 mA.g-1的电流下,其可逆比容量保持在120 mAh.g-1。     

锂硫电池膨胀氧化石墨/硫复合正极材料的制备及其性能

以棒状石墨为原料,采用改良的Hummers法与热处理制备得到膨胀氧化石墨(E-GO),利用在酸性水溶液中归中化学反应的方法合成纳米尺寸的硫颗粒,使其嵌入到膨胀氧化石墨的内部,制备了膨胀氧化石墨-硫复合材料。采用红外光谱,X-射线光电子能谱表征了膨胀氧化石墨表面官能团的存在和种类;X-射线衍射分析结果表明生成的硫属于斜方晶结构;扫描电子显微镜和透射电镜分析证明了材料中硫的均匀分布。恒电流充放电结果表明该复合正极材料的首次放电容量为1 020 mAh.g-1,100周循环之后其容量还保持在650 mAh.g-1左右;材料的倍率性能和库伦效率优异,这可能得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布,以及表面官能团对硫的固定化作用。     

One-step hydrothermal synthesis of flower-like SnO2/carbon nanotubes composite and its electrochemical properties

In this work, flower-like SnO₂/carbon nanotubes (CNTs) composite was synthesized by one-step hydrothermal method for high-capacity lithium storage. The microstructures of products were characterized by XRD, FESEM and TEM. The electrochemical performance of the flower-like SnO₂/CNTs composite was measured by cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge cycling. The results show that the flower-like SnO₂/CNTs composite displays superior Li-battery performance with large reversible capacity and high rate capability. The first discharge and charge capacities are 1,230 and 842 mAh g^?1, respectively. After 40 cycles, the reversible discharge capacity is still maintained at 577 mAh g^?1 at the current densities of 50, 100 and 500 mA g^?1, indicating that it’s a promising anode material for high performance lithium-ion batteries.     

锂离子电池正极材料LiV3-xAlxO8的水热合成与性能

采用水热法制备了Al掺杂的锂二次电池正极材料LiV3-xAlxO8,并用X射线衍射和扫描电镜对材料的晶体结构和形貌进行了表征.以50 mA·g-1进行恒流充放电测试,结果表明Al掺杂能够明显改善材料的电化学性能.在掺杂改性的LiV3-xAlxO8材料中,LiV2.93Al0.07O8的初始容量最高,达到325 mAh·g-1.当掺杂量为x=0.04时,材料的循环性能最佳.LiV2.96Al0.04O8经20次循环后仍保持179 mAh·g-1的比容量,且充放电效率始终维持在98%左右.