电/离子导体双包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2锂离子电池阴极材料及其电化学性能

高镍三元材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM)比容量高且成本低, 但材料结构在电化学循环过程中的不稳定性影响了其大规模的应用, 可采用表面包覆的策略来改善材料的结构稳定性, 从而提高其电化学性能. 本工作结合高速固相包覆法和高温烧结法, 分别将电子导体氧化锡锑(ATO)和锂离子导体偏磷酸锂(LOP)共同包覆在NCM材料表面. 双包覆后的NCM材料的电子电导率从2.17×10^-3 Ѕ•cm^-1提高至1.02×10^-2 Ѕ•cm^-1, 锂离子扩散系数也从7.05×10^-9 cm²•s^-1提高至2.88×10^-8 cm²•s^-1. 同时, NCM表面的双包覆层可以在循环过程中阻止电极材料与电解液发生氧化还原反应, 抑制材料不利相变, 减少氧的析出, 稳定材料结构. 电化学性能测试表明, 经过表面包覆后, NCM材料在1 C (180 mA•g^-1)的电流下和2.7~4.3 V (vs. Li/Li⁺)的电压范围内, 循环150周后容量为161.1 mAh•g^-1, 保持率为87.1%, 而在10 C的充放电倍率下具有133 mAh•g^-1的可逆比容量.     

高性能LiFePO4/碳纳米笼锂离子电池正极材料

以具有高比表面积、分级孔结构和优良导电性的碳纳米笼（CNCs）为载体,制得了粒子尺寸为10～25 nm且高度分散的LiFePO₄/CNCs复合物.以LiFePO₄/CNCs复合物作为锂离子电池的正极材料,在0.1 C倍率下首次放电比容量达到163 mAh·g^-1,15 C和30 C倍率下的放电比容量可达96和75 mAh·g^-1;在15 C倍率下循环200圈后,其放电比容量仍保持在92 mAh·g^-1,显著优于LiFePO₄/CNTs复合物.这些结果表明,LiFePO₄/CNCs复合物具有优异的倍率性能和循环稳定性,是一种性能优良的锂离子电池正极材料,其性能源自CNCs载体的高比表面积、分级孔结构和优异导电性以及LiFePO₄颗粒的纳米化和高结晶度.     

磷化镍/氮磷共掺杂碳负极材料的制备及其电化学性能研究

以离子液体为碳源和氮源、次亚磷酸钠为磷源、乙酸镍为镍源,一步法制备了磷化镍/氮磷共掺杂碳(Ni₂P/NPC)复合材料。SEM、TEM等检测结果表明Ni₂P纳米颗粒在N、P共掺杂碳骨架上均匀分布。将所制备Ni₂P/NPC作为锂离子电池负极材料时,Ni₂P/NPC电极在0.1、0.5、1、3和5 A·g^-1电流密度下的放电比容量分别为377.7、 294.1、 265.4、211.7和187.5 mAh·g^-1。当电流密度重新回到0.1 A·g^-1,放电比容量为368.1 mAh·g^-1。电极结构在大倍率下可以保持稳定,表现出优异的倍率性能。在0.5 A·g^-1的电流密度下经200次循环后放电比容量维持在301.8 mAh·g^-1,容量保持率为80.7%,CV曲线证实Ni₂P/NPC在储锂过程中是由扩散过程和电容行为共同控制。     

高镍三元正极材料动力学性能的单颗粒研究

镍钴锰三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂ (x + y + z = 1)在容量、倍率、循环及热稳定性等方面的性能往往受到金属元素Ni、Co、Mn含量的显著影响. 其中,增加元素Ni的含量有助于提高材料的比容量。因此,LiNi_0.6Co_0.2Mn _0.2O₂（NCM622）和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）成为了目前研究最为广泛的两款高镍三元正极材料. 但目前针对这两款材料的对比研究主要集中在材料比容量、热稳定性和循环稳定性的影响方面,而对材料动力学性能的研究较少,尤其是对材料本征动力学参数的表征尚未见报道. 本文采用单颗粒微电极技术,以粒径相同的 NCM622 和 NCM811 颗粒为研究对象,排除导电剂、粘结剂和电极结构的影响,从材料本征动力学性能评估的角度出发,分析了Ni元素的含量对这两款材料的充放电性能、交流阻抗谱、锂离子固相扩散系数和倍率放电性能等的影响. 结果表明,与NCM622 相比,随着Ni²⁺和Ni³⁺总含量的增加,NCM811 表现出更高的充放电容量、锂离子固相扩散系数、电化学反应活性和倍率放电性能. 以 20 C 放电,NCM811 材料的放电容量保持率仍可达到80.8%以上.     

金属有机框架衍生的空心碳纳米笼的结构调控与锂硫电池性能研究

锂硫电池因其高理论比容量、低成本与环境友好等优点吸引了广泛的研究兴趣, 但实际应用仍受硫的利用率偏低、穿梭与极化效应严重等问题的制约. 本研究以金属有机框架材料为前体, 通过单宁酸蚀刻ZIF8、ZIF67和ZIF8@ZIF67@ZIF8颗粒产生空心内腔, 再经热解与碳化处理制得了粒径相近、笼壁组成与结构不同的三种空心碳纳米笼. 填充硫后用作锂硫电池的正极材料, ZIF8@ZIF67@ZIF8衍生的碳纳米笼展现出最优的性能, 在0.1 C时放电比容量达到1010 mAh•g^-1, 在1 C时仍可保留664 mAh•g^-1; 在0.5 C下循环300圈后仍可保留492 mAh•g^-1, 显著优于ZIF8与ZIF67衍生的碳纳米笼对比样. 前者优异的性能源于其特殊的笼壁结构与组成: 前体中Co的存在可提高其导电性, Zn物种的蒸发带来大的比表面积和丰富的微孔/介孔, 有利于硫的填充以及Co物种与活性硫物种的接触及催化转化, 从而有效地抑制穿梭与极化效应, 提高正极中硫的利用率, 表现出更优的锂硫电池性能.     

表面活性剂辅助合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料

通过添加烷基季铵盐类表面活性剂来调控材料形貌和粒径的改性方法,在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体合成过程中添加表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),利用尿素作为配合剂和沉淀剂,采用溶剂热法合成LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂前驱体。最后,高温混锂煅烧合成椭球形的空心多孔材料。相比于不添加表面活性剂的样本,改性的材料有着更小的粒径和更加规整的形貌。电化学测试表明,添加DTAB和CTAB之后,首次充电容量分别达到223与251 mAh·g^-1(0.1C)。其中,添加CTAB的样品首次放电容量达到216 mAh·g^-1(0.1C),100次循环后容量保持率为85.1%,高于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的81.7%(0.1C)。表面活性剂的改性显著提高了材料的电化学性能,为高镍三元正极材料的改性提供了一种新的思路。     

前驱体配料温度对水热法制备LiFePO4的影响

研究了配料温度对水热法制备磷酸铁锂的影响.通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、循环伏安（CV）以及元素分析等手段分析了不同温度下制备的前驱体和最终的LiFePO₄样品,其结果表明配料温度对磷酸铁锂前驱体颜色和特性有明显影响.通过仔细控制该温度可以制得高纯Li₃PO₄中间体并抑制前驱体中Fe（OH）₃的形成.有利于进一步获得结晶良好不含Fe³⁺的LiFePO₄样品,显著提高了LiFePO₄材料的放电比容量.当配料温度为30℃时获得的样品,0.1C倍率下放电比容量达到156 mAh·g^-1,0.5C倍率下放电比容量为151 mAh·g^-1,10C倍率下放电比容量为127 mAh·g^-1,循环20次容量保持率达99%.     

高倍率性能锂离子电池Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料的制备及其电化学性能

采用改进的碳酸盐共沉淀与高温固相法相结合的方法制备出了高倍率性能的锂离子电池正极材料Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安扫描(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学性能测试等手段对材料进行表征. 结果表明, 该方法制备的材料具有良好的α-NaFeO₂型层状结构(R3m(166)), 一次粒径平均大小为157 nm, 二次颗粒成球形. 同传统碳酸盐制备得到的材料相比, 该材料具备良好的倍率性能和循环性能, 在2.7-4.3 V 电压范围内, 0.1C (1.0C=180 mA·g^-1)倍率下, 首次放电比容量为156.4mAh·g^-1, 库仑效率为81.9%. 在较高倍率下, 即0.5C、5.0C和20C时, 其放电比容量分别为136.9、111.3、81.3mAh·g^-1. 在1C倍率下100次循环容量保持率为92.9%, 高于传统共沉淀法得到的材料(87.0%).     

在多元醇体系中一锅法合成具有良好储锂性能的介孔碳-锡复合材料

以介孔碳(MC)为导电和支撑介质, 在多元醇体系中通过简便的化学还原方法制备纳米结构的介孔碳-锡(MC-Sn)复合材料. 采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和恒电流充放电实验对所得产物的形貌、结构及电化学性能进行表征. 结果表明, 大量的Sn纳米颗粒均匀且致密地附着在介孔碳上. 作为锂离子电池负极材料, MC-Sn复合物表现出了较好的循环性能和倍率性能. 例如, 在100 mA•g^-1的充放电速率下循环40圈, 其放电比容量保持在721.5 mAh•g^-1; 当充放电速率增大到1 A•g^-1时, 其放电比容量仍高达265.8 mAh•g^-1. 简单的制备方法和优越的储锂性能,使得MC-Sn复合材料成为一种理想的高性能锂离子电池负极材料.     

多孔碳纳米片的合成及在钠离子电池中的应用

本文以氯化钠为硬模板、硝酸镍为金属源、葡萄糖为碳源,在氮气气氛中于750 ^oC通过一步热解法合成嵌镍碳纳米片,然后经酸处理得到多孔碳纳米片. 通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）和比表面积测定（BET）表征多孔碳纳米片的形貌和结构. 结果显示：多孔碳纳米片孔分布均匀,孔径大小均一;经过酸处理后,碳材料的石墨化程度降低;具有较大的比表面积（约340 m²•g^-1）. 电化学测试表明,电极在100mA•g^-1电流密度下,经过200周循环放电后比容量可维持在309.4 mAh•g^-1,甚至在1000 mA•g^-1 的大电流下其放电比容量仍然可达到173mAh•g^-1,表现出良好的循环稳定性和倍率性能,其在钠离子电池负极材料方面具有潜在的应用前景.     

Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8材料的制备及在三效催化剂中的应用

采用共沉淀法制备了Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8(0≤x≤0.4)材料, 并对所制备的材料进行了X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的表征, 测定了材料的比表面积(BET法)和储氧量(OSC), 同时采用氢气程序升温还原(H2-TPR)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)研究了材料的还原性能和表面酸性. 研究结果表明, Ce/Ti摩尔比大于1∶2的材料能形成立方萤石结构的固溶体, Ce/Ti摩尔比为1时, 材料表面Ce4+/Ce3+摩尔比达到最大; 随着Ce/Ti摩尔比的增大, 材料的储氧能力先增大后减小, 而TPR还原峰温则是先减小后增大, 当Ce/Ti摩尔比为1时, 材料的储氧量达到最大, 为660 μmol/g; 还原峰峰温最低, 为616 ℃. 以制备的材料为载体制备了一系列Pt/Ce0.1+xTi0.5-xAl0.2Y0.1La0.1O1.8三效催化剂, 并对催化剂进行了活性评价. 活性测试结果表明, 以Ce/Ti比为1的载体材料制成的催化剂对C3H8, CO和NO的起燃温度分别为236, 147和228 ℃, 表现出了优异的温度特性.     

制备方法对Mg1.9Al0.1Ni合金储氢性能的影响

文中采用机械合金化(MA)和氢化燃烧法(HCS)制备了Mg1.9Al0.1Ni,通过对它们储氢性能的对比研究发现,MA优于HCS.采用MA制得的Mg1.9Al0.1Ni储氢合金具有较高的活性和高储氢量,对PCT结果进行计算,得出温度和氢平衡压的关系式.Mg1.9Al0.1Ni(MA)553K时100s内吸放氢量分别为2.67和2.54 mass%H.用XRD方法进行物相分析,表明添加适量Al没有改变Mg2Ni的物相结构,由于MA能够制备出纳米晶粒,使得Mg1.9Al0.1Ni合金具有更好的储放氢动力学性能.     

新型电解质材料CaZr0.1Ti0.9O3的制备与电性能研究

采用溶胶-燃烧法合成了可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型固体电解质材料CaZr_0.1Ti_0.9O₃。通过XRD、交流复阻抗等电化学方法对样品的结构、电导性能进行了表征,并考察了材料的烧结性能。结果表明,溶胶-燃烧法可以成功制备出具有良好烧结性能的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质粉末,1400℃下得到的烧结体的相对密度可达到95%。电性能测试表明CaZr_0.1Ti_0.9O₃烧结体在中温范围内具有较高的氧离子电导率（σ^_800℃＝2.24×10^-3 S/cm）、低的电导活化能（0.89 eV）;样品的导电性能受烧结温度的影响,合理的控制烧结温度对于获得导电性能优良的CaZr_0.1Ti_0.9O₃电解质材料具有重要作用。     

Gd1.1Lu0.8Eu0.1O3透明陶瓷材料的制备和发光性能

以氨水和碳酸氢铵的混合溶液作为复合沉淀剂,硝酸钆、硝酸镥和硝酸铕为原料,利用共沉淀法获得了碱式稀土碳酸盐前躯体.利用该前躯体经过1000℃煅烧2 h,得到近球形、分散性良好、基本无团聚的Gd1.1Lu0.8Eu0.1O3纳米粉体,晶粒尺寸介于40～50 nm之间,粉体的比表面积为20 m2·g-1,该粉体具有良好的烧结活性.该粉体经干压和等静压成型,不添加任何添加剂和烧结助剂,于1750℃和真空气氛下烧结6 h,获得了相对密度为99.7%的Gd1.1Lu0.8Eu0.1O3透明陶瓷.该透明陶瓷样品在可见光区的最高透过率可达65%,在274 m的紫外光激发下发射出极强的红光,其发射主峰位于610 m,对应于Eu3+的5D0-7F2跃迁.     

ZrO2包覆高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料提高其循环稳定性的作用机理

高镍三元材料作为一种锂离子电池正极材料,因其较高的放电比容量而得到科学界和工业界的广泛关注。研究表明,高镍三元材料的比容量与材料中的Ni含量呈正相关,但Ni含量的增加也会加剧循环过程中的界面副反应,材料表面释氧以及结构转变等问题。本文采用ZrO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料,利用X射线衍射证明,在高温处理下ZrO₂包覆物中的Zr⁴⁺会掺杂进LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料表面晶格中,使得X射线衍射谱中的(003)衍射峰左移。电化学测试证明在4.3和4.5 V的截止电压下,改性最优的材料在1C循环100周后容量保持率分别从84.89%和75.60%提高到97.61%和81.37%,同时发现循环稳定性的提升主要来自材料表面的Zr⁴⁺掺杂。X射线光电子能谱证明Zr⁴⁺表层掺杂后材料的Ni化合价由Ni3+向Ni²⁺转变,透射电子显微镜观察到Zr⁴⁺的表层掺杂使得材料表面的层状结构发生重构,从而稳定了材料体相结构,提高了材料整体的循环稳定性。     

微球LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的制备及在改性电解液中的电化学性能

利用共沉淀辅以高温烧结法制备了椭球形三元高镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(LNCM811)正极材料,并用XRD、SEM和TEM对其结构和形貌进行表征。利用CV和恒流充放电测试LNCM811在添加质量含量分别为2%(w/w)DTD(硫酸乙烯酯)、1%(w/w)MMDS(甲烷二磺酸亚甲酯)及其复合添加剂2%DTD+1%MMDS的电解液中的电化学性能,并利用EIS测试其充放电过程中的动力学特性。结果发现相较于1%MMDS,2%DTD能较为显著提高LNCM811在常温的首周放电容量和首周库伦效率;1%MMDS和2%DTD均能提高电极材料的长循环寿命,室温25℃条件下2%DTD比1%MMDS效果更显著,而高温60℃下1%MMDS比2%DTD更为明显;LNCM811正极无论在室温下还是高温下在复合添加剂的电解液中均具有最好循环性能。EIS测试表明2%DTD+1%MMDS复合添加剂能显著降低LNCM811动力学阻抗。     

无气相氧条件下La0.8Sr0.2Fe0.9Co0.1O3钙钛矿氧化物的氧物种直接氧化甲烷

以La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3钙钛矿氧化物作氧载体,采用连续流动反应和连续顺序Redox反应考察了氧物种氧化甲烷的反应性能.结果表明,连续流动反应中La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3氧化物的氧物种能选择氧化甲烷生成合成气.在适宜的再氧化条件下,通过连续顺序Redox反应实现了La0.8Sr0.2Fe0.9CO0.1O3氧化物的氧物种氧化甲烷连续生成合成气,消耗的氧物种可通过与气相氧反应而得到补充.但随着Redox反应的进行,氧化物的持续供氧性能下降,钙钛矿结构被破坏.     

电解液对LiCr0.1Mn1.9O4电化学性能的影响

容量;循环特性;自放电;电解液对LiCr0.1Mn1.9O4电化学性能的影响     

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。