石墨负极表面聚合物功能保护膜对 锂离子电池存储寿命的提升

采用溶液浸渍法制备了聚乙烯醇(PVA)均匀包覆的石墨并研究了其微观形貌及电化学性能. 以LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)为正极材料、 PVA包覆石墨为负极材料组装成软包电池和钢壳电池, 研究了PVA功能保护膜对全电池的电化学性能和存储寿命的影响. 结果表明, 存储过程中PVA功能保护膜可以有效抑制电解液和石墨内嵌锂反应的发生, 延长电池的存储寿命.     

锂离子电池TiO2纳米管负极材料

In recent years, TiO₂ has been widely investigated as a promising anode material for lithium ion batteries because of its low volume change during the charge/discharge process, environmental benignity, and high safety. However, it suffers from poor electron transport, slow ion diffusion, and low theoretical capacity (335 mAh·g^-1), which limit its practical application. In this paper, we review the development history and latest progress of TiO₂ nanotubes (TNTs) as anode materials. Three typical synthesis methods of TNTs, namely, hydrothermal method, anodic oxidation, and template method, are analyzed in detail. We explain the formation mechanism, compare the advantages and disadvantages of each method, and identify the factors influencing the formation of TNTs. We also carefully analyze the morphology and crystallography of TNTs and describe how they influence the electrochemical performance. It is pointed out that c-axis oriented, arrayed, unsealed TNTs with a wall thickness less than 5 nm show better electrochemical performance. Various approaches for improving the electrochemical performance of TNTs are summarized, including preparation of threedimensional (3D) structured electrodes, doping, coating, and synthesis of composites. Among these approaches, compositing with materials that have high capacity and high conductivity has proven to be effective, convenient, and controllable. The achievements and the problems associated with each approach are summarized, and the possible research directions and prospects of TNTs as anode materials for Li-ion batteries in the future are discussed.     

多孔碳化棉复合SnO2锂离子电池负极材料的制备及性能研究

以脱脂棉为原料通过Mg2+模板法获取多孔碳化棉结构,再通过水热法在其表面及内部孔隙负载SnO2颗粒,获得多孔碳化棉与SnO2颗粒的复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、X射线衍射分析(XRD)分析材料的微观形貌,利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试评价其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.结果表明,通过Mg2+模板法获取负载有SnO2颗粒的多孔碳化棉结构作为负极材料时,在300 mA/g的电流密度下,其容量在100圈后仍维持在500 mAh/g,是一种前景较为理想的锂离子电池负极复合材料.     

废旧隔膜衍生碳负极的电化学储锂性能

以废隔膜为前体,通过一步热解碳化制备碳负极材料,考察了温度和时间对碳化产物的影响,并研究了碳负极材料的电化学储锂性能.结果 表明,废隔膜的最佳碳化温度为420℃,碳化时间为120 min;用作锂离子电池负极材料时,在50 mA/g低电流密度充/放电时的可逆放电比容量高达543.8 mAh/g;即使在高电流密度2000 mA/g循环1000圈后,可逆放电比容量仍可稳定在125.0 mAh/g左右,表现了良好的电化学储锂性能.该研究结果不仅有助于缓解废旧隔膜对环境产生的危害,而且能充分发挥废弃资源中的利用价值、降低电极材料的制备成本.     

ZnO超细纳米线阵列的制备及其电化学性能

以Zn(NO₃)₂· 6H₂O和C₆H₁₂N₄为原材料,采用二步水热法在碳纤维布上合成了形貌尺寸均匀的ZnO超细纳米线阵列。用 X 射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构和形貌进行了表征,利用恒流充放电测试等手段对其进行电化学性能测试。测试结果表明,材料表现出优异的电化学性能。在200 mA/g的电流密度下循环150次后,ZnO超细纳米线阵列仍然约有730 mAh/g的充放电比容量,库伦效率保持在95%以上。在1 200 mA/g的大倍率条件下,材料的充放电比容量依旧可达481 mAh/g左右,表现出十分良好的循环稳定性和可逆性能,是一种较为理想的锂离子电池负极复合材料。     

单斜ZnP2负极材料的锂化机理及性能

过渡金属磷化物电位低且比容量高, 是有发展前景的锂离子电池(LIBs)负极材料. 其中, ZnP₂属于双活性负极材料, Zn与P都能与Li⁺发生反应, 储Li⁺性能更具有竞争力. 但是, 对于ZnP₂的锂化机理及产物尚不明确. 采用第一性原理计算和电化学测试方法研究了ZnP₂的电子性质和电化学性能, 通过理论计算和实验测试相结合阐述了ZnP₂的锂化机制. 首先, 以密度泛函理论(DFT)计算揭示了ZnP₂的锂化机理、Li⁺扩散路径、势垒和理论比容量(1477 mAh/g). 其次, 通过直流电弧等离子体法及固相烧结法合成ZnP₂, 并测试其首圈放电曲线, 显示放电容量为1439 mAh/g, 与理论计算结果相近. 此外, 薄膜X射线衍射(XRD)检测最终产物成分为LiZn和Li₃P, 与DFT计算结果一致.     

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.     

综合创新实验:Zn-LiFePO4软包装电池的制备与性能表征

以LiFePO₄为正极、Zn箔为负极,以Li₂SO₄+ZnSO₄的饱和蔗糖溶液为电解液,利用自封袋、无纺布、不锈钢网等材料组装制备了软包装电池。通过循环伏安曲线、充放电曲线、LED灯测试等方法对电池性能进行了评估。该实验可操作性强且易重复,所用材料环境友好、安全性高、价格便宜,测试仪器简单,不需要干燥间或手套箱等复杂设备,学生在普通化学实验室就可以亲身体验软包装电池的制备流程,直观感受化学能与电能之间的转化,并深入理解氧化还原反应过程及储能电池工作原理。     

层状碳及层状碳/硫酸铅复合材料的制备与应用

碳酸钾或碳酸钠颗粒作催化剂基底,采用化学气相沉积(CVD)制得类似于石墨烯的层状碳材料,并经原位化学沉积可得层状碳/硫酸铅复合材料.用X射线衍射(XRD)、热重分析、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析与测试样品.结果表明,层状碳为无定型碳层,复合材料为无定型碳层与附着其上的细小硫酸铅颗粒的复合.上述层状碳和复合材料作为负极添加剂应用于铅酸电池中,测试了电池电化学性能.结果表明,电池大电流放电比容量和循环寿命均明显提高.通过电化学交流阻抗谱图(EIS)、充放电曲线和负极失效后的SEM照片证实,加入添加剂能够降低负极板的欧姆阻抗和电化学反应阻抗、减小极化及有效抑制极板硫酸盐化.