三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_2SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_2基玻璃中结晶析出,形成由Fe_2SiO_4纳米晶体、铁离子(Fe3+)修饰的玻璃态SiO_2和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 m A·g~(-1)电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 m Ah·g~(-1)以上,电流密度增加到250 m A·g~(-1)时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 m Ah·g~(-1),而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO_2@C材料的放电比容量在50 m A·g~(-1)电流密度时仅为15 m Ah·g~(-1)。这些结果表明,Fe_2SiO_4纳米晶体及Fe~(3+)有助于SiO_2基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

Li_3PO_4表面修饰提高球形LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的性能（英文）

通过共沉淀法制备了球形Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4@Li_3PO_4复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电测试研究了其结构与电化学性能。XRD和SEM表明,Li_3PO_4包覆影响了球形Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4的晶格常数。CV和EIS表明,质量百分数5%Li_3PO_4包覆的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有比纯Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4更高的锂离子嵌脱可逆性,更大的锂离子扩散系数和更小的电荷转移电阻,说明在锂离子扩散过程中,质量百分数5%Li_3PO_4包覆的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4具有更高的电子电导率。充放电测试表明,原位Li_3PO_4改性提高了材料的电子电导率、电化学活性,进而提高了高倍率放电容量。质量百分数5%Li_3PO_4包覆的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4提高的电化学性能归因于Li_3PO_4的包覆、纳米颗粒组成球形的粒径引起的高的电子电导率和小的电化学极化。     

溶胶-凝胶法合成Li_(1-x)Na_xMn_2O_4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na+离子掺杂的Li_(1-x)Na_xMn_2O_4(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na+取代Li+进入Li_(1-x)Na_xMn_2O_4晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_(0.97)Na_(0.03)Mn_2O_4在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn_2O_4从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na+离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li0.97Na0.03Mn2O4仍有79.0 m Ah·g-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 m Ah·g~(-1)。Na+离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn_2O_4的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

δ-MnO2改性石墨烯气凝胶的制备及电化学性能

通过对还原石墨烯气凝胶(RGOA)进行δ-MnO_2纳米颗粒改性制备出锂离子电池负极,并获得了良好的电化学性能。同时研究了δ-MnO_2的负载量对三维复合RGOA/δ-MnO_2负极材料电化学性能的影响,发现随着δ-MnO_2负载量的增加,锂离子电池性能先增后减,在δ-MnO_2负载量合适时(160 mg)比容量达到最大值(1 701.9 mAh·g~(-1)),该值明显高于δ-MnO_2负极的理论容量1 230 m Ah·g~(-1)。此外,该RGOA/δ-MnO_2-160 mg负极即便在5 A·g~(-1)的大电流下经历600次循环后仍能保持210.5 mAh·g~(-1)的比容量。如此优异的电化学性能归因于RGOA的大比表面积和高导电性,以及δ-MnO_2颗粒的高比容量和高催化活性。此外,三维石墨烯气凝胶中大量的孔洞有利于提供足够的空间负载超细δ-MnO_2颗粒,避免了δ-MnO_2在嵌锂过程中的体积膨胀以及抑制了固液界面保护膜(SEM)的加厚。通过计算赝电容对锂离子电池比容量的贡献,证实RGOA/δ-MnO_2电极的充放电过程为赝电容行为所主导,这也是取得良好比容量和循环性能的另一重要原因。     

纯相Li_2MnO_3薄膜的制备及作为锂离子电池正极材料的电化学行为

采用固相烧结法制备了纯相Li2MnO3正极材料及靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)法在氧气气氛、不同温度下沉积了Li2MnO3薄膜.通过X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱表征了薄膜的晶体结构,采用扫描电镜(SEM)观察薄膜形貌及厚度,利用电化学手段测试了Li2MnO3薄膜作为锂离子电池正极材料性能.结果表明,PLD方法制备的纯相Li2MnO3薄膜随着沉积温度升高薄膜结晶性变好.25℃沉积的薄膜难以可逆充放电,400℃沉积的薄膜具有较高的电化学活性和循环稳定性.相对于粉末材料,400与600℃制备的Li2MnO3薄膜电极平均放电电位随着循环次数的衰减速率明显低于相应的粉体材料.     

锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

通过溶液水解反应在氧化石墨烯表面引入氧化锡(Sn O2)纳米颗粒,再经过自组装作用形成具有三维结构的氧化锡/石墨烯水凝胶(Sn O2-GH)负极材料。其中三维多孔的石墨烯水凝胶为碳质缓冲基体,Sn O2纳米颗粒为活性物质,其颗粒尺寸为2-3 nm,均匀分布在石墨烯层上,担载量可以达到54%(w,质量分数)。直接将该材料用作锂离子电池负极时,在5000 m A?g~(-1)的大电流密度下循环60次容量稳定在500 m Ah?g~(-1),电流减小到50 m A?g~(-1)循环80次后容量仍高达865 m Ah?g~(-1)。这些优异的循环稳定性和大电流充放电性能主要得益于三维石墨烯水凝胶的疏松、多孔结构和良好的导电性。石墨烯水凝胶能够提高电极比表面积,保证电解液对电极的浸润程度;内部空隙能够为锂离子的传输提供快速通道,缩短离子传输距离和时间。同时丰富的内部空间能够有效避免Sn O2纳米颗粒团聚,缓冲Sn O2巨大体积膨胀,维持电极结构的稳定性,是一种非常适于大电流充放电的锂离子电池负极材料。     

纳米钴基氧化物锂离子电池负极材料的研究

采用流变相法合成Co3 O4 ,CoB1.3 6 O2 .8,CoB0 .5Al0 .1O1.5样品 ,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能 .当电池在 0 .0 1～ 3.0 0V的电压范围之间循环时 ,Li/Co3 O4 电池表现出最好的充放电性能 :循环 30周后 ,可逆比容量仍能保持为初始比容量 (931mAh/g)的 95 % .掺杂了B ,Al材料 ,其可逆比容量与未掺杂的相比明显降低 ,而且第 1周可逆容量随掺杂的B、Al量的增加而减少 .通过异位XRD方法研究了不同充放电态Co3 O4 电极材料结构的变化 .结果表明 ,Co3 O4 电极在充放电过程中与Li的反应机理不同于传统的过渡金属与Li的反应机理 ,即非Li+ 的嵌入 /脱出或合金的形成 ,而是Co3 O4 的可逆还原氧化以及Li2 O的可逆形成与分解机理     

高性能锂离子电池隔膜的结构设计及其制备与表征

设计并采用高压静电纺丝法制备了单层结构的聚偏氟乙烯(PVDF)/偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)纳米纤维膜及三层结构、二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合纳米纤维膜.复合膜的表面形貌、热物理性质和电化学性能通过扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热法(DSC)、高温尺寸收缩率、交流阻抗法进行了表征.单层结构的PVDF/PVDF-HFP纳米纤维膜的纤维表面光滑,平均纤维直径2μm,纤维分布较均匀,而PVDF与Al2O3复合后的纤维表面粗糙,平均纤维直径变小,结晶度降低,吸液率增大.二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合隔膜在170℃下受热1 h收缩率为3%.将3种结构的复合膜在1 mol/L Li PF6/(EC+DMC+DEC,1∶1∶1,W/W/W)电解质溶液中活化得到聚合物电解质.25℃时,二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合隔膜吸液率高达497 wt%,离子电导率可达5.04×10-3S/cm,电化学稳定窗口达到4.62 V(Li/Li+).组装成Li Fe PO4/Li电池测试其电池性能,结果表明,二层结构的PVDF/PVDF-HFP/Al2O3复合膜朝向锂负极时,电池的循环性能更好,且与锂金属负极具有更好的相容性和界面稳定性.     

石墨烯包覆无定形CoSnO_3纳米复合材料用作锂空气电池阴极催化剂的性能（英文）

随着科技不断进步和人口快速增长,化石能源日渐枯竭,同时环境问题日趋严重,开发新型绿色、环保、高效的能源迫在眉睫.锂-空气电池以其质量轻、成本低、环境友好和能量密度高的优点引起人们广泛研究.但对于锂-空气电池仍然需要解决诸如较差的材料和电解液的稳定性、较低的循环寿命以及过高的充放电过电势等难题.而开发高效正极催化剂材料是解决这些问题的关键技术之一.其中,过渡金属氧化物以其地壳丰度高、成本低和性能优异等优点成为正极催化剂材料的研究热点.本文采用化学法成功合成了CoSnO_3纳米盒子,对其进行复合后制得CoSnO_3@rGO纳米复合材料,并系统研究了CoSnO_3及其纳米复合材料作为锂-空气电池正极催化剂的电化学性能.结果表明,通过石墨烯与CoSnO_3进行复合得到的CoSnO_3@rGO纳米复合材料的比表面积从原来的104.3 m~2 g~(-1)增加到195.8 m~2 g~(-1).作为阴极催化剂材料,CoSnO_3@rGO纳米复合材料的充放电过电位比CoSnO_3在100和500 mA g~(-1)充放电电流密度下分别降低了20和60 mV.在限制容量为1000 mAh g~(-1)、充放电电流密度为200 mA g~(-1)时,CoSnO_3@rGO纳米复合材料作为阴极催化剂材料可以使该锂-空气电池稳定循环130圈,比单纯的CoSnO_3纳米盒子作为阴极催化剂材料多循环了25圈.CoSnO_3@rGO纳米复合材料的优异性能归功于石墨烯良好的导电性能以及快速的电子和离子传输能力,同时由于其巨大的比表面积增大了电解液和催化剂材料活性位点的接触面积,为放电产物Li_2O_2的形成和分解提供了场所.CoSnO_3@rGO的OER催化活性和循环稳定性在CoSnO_3基础上均得到提升.     

CuO表面修饰锐钛矿TiO2纳米管阵列及其电化学嵌锂性能

以(CH_2OH)_2、NH4F和HCl为电解液,纯Ti片、CuCl_2和Na NO3为主要原料,联用阳极氧化和水热法制备CuO表面修饰锐钛矿TiO_2纳米管阵列锂离子电池负极材料(CuO/TiO_2)。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射(XRD),研究样品的形貌特征、元素分布、价态和微观物相组成。利用电池充放电测试仪和电化学工作站,探讨材料的电化学嵌锂性能。结果表明,表面修饰后的锐钛矿TiO_2纳米管阵列外侧出现了大量绒毛状纳米CuO,单个绒毛结构的宽度约4 nm,长度约10 nm。在0.3C的电流密度下进行恒电流充放电测试,首次放电容量为550 m Ah·g~(-1),充电容量为490 m Ah·g~(-1)。50次循环后,可逆电流容量仍保持在320 m Ah·g~(-1),具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

Mn4N薄膜与锂的电化学反应性能

采用脉冲激光沉积辅助高压电离的方法在不锈钢基片上制备了Mn₄N薄膜. 用充放电和循环伏安测试对该薄膜电极的电化学性能进行了表征. 该薄膜电极的首次放电容量为420 mAh•g^-1, 第一次充放电不可逆容量约为50%. 采用XRD, XPS, SEM对薄膜的化学组成和表面形貌进行了表征, 并对反应机理进行了研究, 结果表明Mn4N在反应过程中转化为金属Mn和Li₃N, 只有部分的Mn与Li₃N参与了可逆的电化学反应.     

锂嵌入型化合物-氢气电池

可充电氢气电池作为一种新兴的电池体系在大规模能源储存领域显示出富有前景的电化学性能. 锂嵌入型化合物作为一大类的锂离子电池正极材料能够很好地用作可充电氢气电池的正极. 本文开发了 2种新型锂嵌入型化合物-氢气电池. 通过使用钴酸锂与磷酸铁锂2种正极材料分别与氢气负极在硫酸锂 水系电解液中进行匹配, 得到了钴酸锂-氢气电池与磷酸铁锂-氢气电池. 钴酸锂-氢气电池展现出约1.27 V 的放电电位, 约97 mA·h·g^-1的比容量及10C的高倍率; 磷酸铁锂-氢气电池展现出约0.66 V的放电电位, 约125 mA·h·g^-1的比容量以及10C的高倍率. 虽然, 钴酸锂-氢气电池和磷酸铁锂-氢气电池因为使用了未经优化的、 不稳定的锂嵌入型化合物正极材料而导致全电池容量衰减, 但这2种电池经过氢气负极的再循环利用均表现出优异的恢复能力. 本文结果证明了氢气电池的化学稳定性及其在未来长寿命电池中具有的大规模能源储存潜力.     

表面活性剂对氧化铝修饰富锂锰基正极材料的影响

采用氧化铝修饰改性富锂锰基正极材料,探讨了表面活性剂在修饰改性中的作用。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和电化学性能测试等方法对材料结构和电化学性能进行分析。实验结果表明,十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)能使Al_2O_3纳米颗粒均匀包覆在富锂锰基正极材料表面,有效增强了复合材料结构的稳定性。在600 mA·g~(-1)电流密度下,该复合材料的初始放电容量为186mAh·g~(-1)。经过500次循环后,其可逆放电比容量仍高于132 mAh·g~(-1),初始容量保持率高达71%。此外,电压衰退也被有效抑制,复合材料表现出优异的综合电化学性能。     

Towards High-performance Lithium-Sulfur Batteries: the Modification of Polypropylene Separator by 3D Porous Carbon Structure Embedded with Fe3C/Fe Nanoparticles

Lithium-sulfur(Li-S) batteries with high energy densities have received increasing attention. However, the electrochemical performance of Li-S batteries is still far from the satisfactory of the practical application, which can be mainly attributed to the shuttling of polysulfides and the slow reaction kinetics of polysulfide conversion. To address this issue, a 3D porous carbon structure constructed by 2D N-doped graphene and 1D carbon nanotubes with embedded Fe₃C/Fe nanoparticles(NG@Fe₃C/Fe) was designed and prepared by a simple programmed calcination method for the modification of polypropylene(PP) separator. The Fe₃C/Fe nanoparticles demonstrate an excellent catalytic conversion and strong chemisorption towards polysulfides, while the unique architecture of N-doped graphene promotes the Li⁺/electron transfer and the physical adsorption of polysulfides. The electrochemical performance of the Li-S batteries with the NG@Fe₃C/Fe-modified separator is significantly improved. A large discharge capacity of 1481 mA∙h∙g^-1 is achieved at 0.2 C(1 C=1675 mA/g), and a high capacity of 601 mA∙h∙g^-1 is maintained after discharged/charged for 500 cycles at a current rate of 1 C. This work provides a new approach for the development of high-performance Li-S batteries through the modification of the PP separator by rationally designed composites with large adsorption capability to polysulfides, good wettability to the electrolyte and high catalytic property.     

MoS2 nanosheet arrays supported on hierarchical porous carbon with enhanced lithium storage properties

MoS₂ nanosheet arrays supported on hierarchical nitrogen-doped porous carbon(MoS₂@C)have been synthesized by a facile hydrothermal approach combined with high-temperature calcination.The hierarchical nitrogen-doped porous carbon can serve as three-dimensional conductive frameworks to improve the electronic transport of semiconducting MoS₂.When evaluated as anode material for lithium-ion batteries,the MoS₂@C exhibit enhanced electrochemical performances compared with pure MoS₂ nanosheets,including high capacity(1305.5 mA h g^-1 at 100 mA g^-1),excellent rate capability (438.4 mA h g^-1 at 1000 mA g^-1).The reasons for the improved electrochemical performances are explored in terms of the high electronic conductivity and the facilitation of lithium ion transport arising from the hierarchical structures of MoS₂@C.     

静电自组装方法合成的具有多孔三维网络结构的Fe_3O_4/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池负极材料(英文)

采用静电自组装方法,分两步合成Fe(OH)3/GO前驱体(GO:氧化石墨烯),再通过水热反应和600°C高纯氮气气氛下煅烧,获得了Fe3O4/石墨烯复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱等多种分析,发现该复合材料具有三维多孔石墨烯网络结构.把合成的这种Fe3O4/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极材料,电化学测试结果表明其具有优良的电化学性能:首次放电容量为1390 mAh·g-1,50次循环后容量为819 mAh·g-1.通过对比实验表明,三维石墨烯网络结构的形成对复合材料的电化学循环稳定性起着关键作用.     

The fabrication of hollow magnetite microspheres with a nearly 100% morphological yield and their applications in lithium ion batteries

Hollow Fe_3O_4(H-Fe_3O_4) microspheres were fabricated through a facile one-step solvothermal synthesis,which was performed in an ethylene glycol(EG)–diethylene glycol(DEG) mixed solvent using polyethylene glycol(PEG) as the stabilizer. The addition of DEG increased the viscosity of the system,which caused the Fe_3O_4 primary crystal to aggregate slower and the morphological yield to approach nearly 100%. The as-prepared hollow Fe_3O_4 microspheres show promise for application in lithium ion battery anodes and showed a reversible specific capacity of 453.3 mAh g~(-1) after 50 cycles at 100 mA g~(-1).     

原位相分离合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料及其储钠性能

钠具有资源丰富、成本低廉等优势,因此钠离子电池被认为是未来替代锂离子电池的最佳候选者之一。然而,寻找合适的电极材料是当前制备高性能钠离子电池面临的难题之一。在众多候选材料中,钒酸盐材料通过引入阳离子增加钒的配位数,使得材料结构的稳定性得到提高,从而改善了钠离子电池的电化学性能。本文研究了一种原位相分离法合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对电极材料形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料相对于V2O5纳米线材料,结构更加稳定,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,初始放电容量由295.4 m Ah·g~(-1)提升到342 m Ah·g~(-1),循环100圈容量保持率由26.6%提高到65.8%,获得了更加优异的倍率性能(在1.0 A·g~(-1)电流密度下,容量由44 m Ah·g~(-1)提高到160 m Ah·g~(-1))。因此,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料的研究为开拓新型高性能钠离子电池负极材料拓宽了思路。     

空心碳球负载二硫化硒复合材料作为锂离子电池正极材料

制备了一种空心碳球负载二硫化硒(SeS₂@HCS)复合材料作为锂离子电池正极材料。通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)以及氮气吸脱附测试(BET)等对产物形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,采用模板法结合化学聚合法可以合成形貌均一、单分散的空心碳球;其直径约为500 nm,壁厚约为30 nm。进一步采用熔融灌入法可以得到空心碳球负载二硫化硒复合材料。将所制备复合材料组装成电池进行电化学性能测试,与原始二硫化硒块体材料相比,SeS₂@HCS复合材料具有更高的初始容量(100 mA·g^-1电流密度下,初始放电容量为956 mAh·g^-1)和更长的循环寿命(100 mA·g^-1电流密度下,循环200圈),同时显示出更优异的倍率性能。研究结果表明该复合材料是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料。     

复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能影响的研究

使用硫化物固体电解质的全固态锂硫电池由于多硫化物不溶于硫化物固体电解质及硫化物电解质不可燃的特性,得以完全避免穿梭效应并显著提高了电池的安全性能而被认为是极具潜力的下一代储能电池。如何建立并平衡复合正极中离子/电子导电网络且维持复合正极中较高活性物质含量对于全固态锂硫电池至关重要。本文以单质硫为活性物质研究了复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能的影响,发现以乙炔黑（AB）为导电碳材料明显优于Super P和Ketjen Black;优化复合正极的组成,发现硫：乙炔黑：固体电解质的质量比为40:20:40时,全固态锂硫电池在室温和60℃下均具有良好的电化学性能。