双金属(Sn/Ni)掺杂多孔硅微球的液相合成与电化学储锂性能

使用廉价的硅铝合金前驱体,通过简单的化学沉积方法制备了新型双金属(Sn/Ni)掺杂多孔硅微球(pSi@SnNi)。pSi@SnNi复合材料的三维多孔结构可以缓冲硅在锂化过程中的巨大体积膨胀,增加储锂活性位点。双金属(Sn/Ni)的掺杂可以提高硅的电子导电性,改进pSi的结构稳定性。由于其独特的组成和微观结构,具有适当Sn/Ni含量的pSi@SnNi复合材料显示了较大的可逆储锂容量(0.1 A·g^-1下为2 651.7 mAh·g^-1)、较高的电化学循环稳定性(1 A·g^-1下400次循环后为1 139 mAh·g^-1)和优异的倍率性能(2.5 A·g^-1下为1 235.8 mAh·g^-1)。     

金属改性与碳包覆的多孔硅微球复合材料的制备及其电化学储锂性能

以工业级SiAl合金微球为前驱物,采用多步刻蚀-热处理策略,制备了金属(Sb-Sn)改性与碳包覆的多孔硅微球复合材料(pSi/Sb-Sn@C)。pSi/Sb-Sn@C具有以 Sb-Sn改性的多孔硅微球(pSi/Sb-Sn)为核、碳包覆层为壳的三维结构。碳外壳可以提高多孔硅微球的电子导电性和机械稳定性,有利于获得稳定的固体电解质界面(SEI)膜;而三维多孔核可以促进锂离子的扩散,增加嵌/脱锂活性位,缓冲嵌锂过程中的体积膨胀。此外,活性金属(Sb-Sn)的引入能够提高复合材料的导电性,并可以贡献一定的储锂容量。由于其特殊的组成和独特的微观结构,pSi/Sb-Sn@C复合材料在1.0 A·g^-1电流密度下充放电300次后的可逆容量为1 247.4 mAh·g^-1,显示了良好的高速率储锂性能和优异的电化学嵌/脱锂循环稳定性。     

微米级SiO合成多孔氧化硅/硅/碳储锂复合材料

以微米级SiO为原料,通过简单的高温煅烧、碳包覆和酸刻蚀制备多孔氧化硅/硅/碳复合材料,复合材料比表面积和平均孔径分别为32.9 m~2/g和3 nm。纳米硅分散在缓冲介质氧化硅多孔体系中,表面包覆一层薄而均匀的碳层。所得的复合材料具有较好的循环稳定性,在0.3 m A/g下,50次循环后可逆容量保持在645.1 m A·h/g。多孔结构、氧化硅缓解了硅在脱嵌锂过程的体积膨胀,碳层提高了复合材料的导电性和结构稳定性。     

石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能

采用酸浸蚀Al-Si合金的方法制备了多孔纳米Si,并用其制作以石墨烯为导电材料的石墨烯/多孔纳米Si负极. SEM和TEM的分析表明两者混合均匀. 作为锂离子电池的负极,该电极在1 mol•L^-1 LiPF₆/EC(碳酸乙烯酯):DMC(碳酸二甲酯) = 1:1(by volume) + 1.5%(by mass)VC(碳酸亚乙烯酯)溶液中、0.5 A•g^-1电流密度下,第120周循环的放电比容量为1842.6 mAh•g^-1,充放电效率为98.6%. 石墨烯的加入不仅提高了电极的导电性,而且减缓了充放电过程中电极多孔纳米结构的衰变.     

从SiCl4合成多孔硅/碳复合材料及储锂性能研究

以Li₁₃Si₄和SiCl₄为原料,通过简单的机械球磨法合成多孔硅/碳复合材料,通过控制Li₁₃Si₄颗粒的尺寸可以有效调节产物的比表面积。分别研究了包覆碳含量、多孔硅/SuperP(导电碳)比表面积以及极片活性物质负载量对多孔硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明:多孔硅/SuperP比表面积为100.9m₂·g^-1,化学气相沉积(CVD)包覆碳含量为25.3wt%(约6nm厚)的复合材料具有最高的电化学活性,在300mA·g^-1的电流密度下,循环可逆比容量达到1900mAh·g^-1,50次循环后容量仅衰减7.6%。     

从SiCl4合成多孔硅/碳复合材料及储锂性能研究

以Li13Si4和SiCl4为原料,通过简单的机械球磨法合成多孔硅/碳复合材料,通过控制Li13Si4颗粒的尺寸可以有效调节产物的比表面积。分别研究了包覆碳含量、多孔硅/Super P(导电碳)比表面积以及极片活性物质负载量对多孔硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明:多孔硅/Super P比表面积为100.9 m2·g-1,化学气相沉积(CVD)包覆碳含量为25.3wt%(约6 nm厚)的复合材料具有最高的电化学活性,在300 mA·g-1的电流密度下,循环可逆比容量达到1 900 mAh·g-1,50次循环后容量仅衰减7.6%。     

铜包覆多孔硅基材料p-Si@Cu(x)的制备与性能

在球形SiO_2颗粒表面包覆适量的CuO,经还原得到铜包覆的多孔硅复合材料[p-Si@Cu(x)].利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积分析等手段对样品的组成、物相结构、微观形貌和孔结构进行分析,并初步研究了材料的循环性能和倍率性能.结果表明,铜包覆量x=0.05时,在100 mA/g电流密度下,样品的首次放电容量为3596.9 mA·h/g,首次充电容量为2590.7 mA·h/g,首次库仑效率为72.03%;在1C倍率下可逆容量为1004.9 mA·h/g,0.1C倍率下循环100周后的可逆容量仍为1706.5mA·h/g,容量保持率为76.1%.     

Fe(Ⅲ)掺杂Nb2O5微纳球的水热合成及其电化学性能

采用一步水热法合成Nb₂O₅和Fe（Ⅲ）掺杂的五氧化二铌微纳米球（Fe-Nb₂O₅）,并利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）等测试手段分别对其结构和形貌进行了表征。结果发现,所合成的Fe-Nb₂O₅和Nb₂O₅均为正交晶相,Nb₂O₅为尺寸分布在50~300 nm之间的形貌不规则颗粒,而Fe-Nb₂O₅是由约50 nm的一次颗粒自组装而成的直径约为1 μm的均匀微纳米球,即具有多级结构,其有利于增大电极材料与电解液的接触界面。电化学测试结果表明,Fe-Nb₂O₅的循环稳定性和倍率性能得到明显改善,在50 mA·g^-1电流密度下,100次循环后放电容量仍保持在193.2 mAh·g^-1,即使在5 A·g^-1的电流密度下,容量仍可达到108.4 mAh·g^-1。并分析了其性能改善的原因。     

Fe(Ⅲ)掺杂Nb2O5微纳球的水热合成及其电化学性能

采用一步水热法合成Nb_2O_5和Fe(Ⅲ)掺杂的五氧化二铌微纳米球(Fe-Nb_2O_5),并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)等测试手段分别对其结构和形貌进行了表征。结果发现,所合成的Fe-Nb_2O_5和Nb_2O_5均为正交晶相,Nb_2O_5为尺寸分布在50~300 nm之间的形貌不规则颗粒,而Fe-Nb_2O_5是由约50 nm的一次颗粒自组装而成的直径约为1μm的均匀微纳米球,即具有多级结构,其有利于增大电极材料与电解液的接触界面。电化学测试结果表明,Fe-Nb_2O_5的循环稳定性和倍率性能得到明显改善,在50 m A·g~(-1)电流密度下,100次循环后放电容量仍保持在193.2 m Ah·g~(-1),即使在5 A·g~(-1)的电流密度下,容量仍可达到108.4 m Ah·g~(-1)。并分析了其性能改善的原因。     

双金属有机骨架衍生的Fe-CrSe/C负极材料制备及储锂性能

为了开发电化学性能优异的新型金属有机骨架基衍生材料,以对苯二甲酸、三氯化铬和九水合硝酸铁作为原料,通过微波法合成了双金属有机骨架材料（Fe-Cr-MOF）。在氮气保护下,对Fe-Cr-MOF进行高温硒化得到纳米颗粒状Fe-CrSe/C复合材料,用作锂离子电池负极。结果表明,在100 mA·g^-1的电流密度下,Fe-CrSe/C电极的首圈可逆比容量达到958.4 mAh·g^-1,循环150圈后比容量还能维持891.6 mAh·g^-1。     

SnO2 hollow spheres:Polymer bead-templated hydrothermal synthesis and their electrochemical properties for lithium storage

SnO2 hollow spheres have been synthesized via a facile hydrothermal method using sulfonated polystyrene beads as a template followed by a calcination process in air.X-ray diffraction,scanning electron microscopy,and transmission electron microscopy show that the as-obtained SnO2 hollow spheres have a wall thickness of about 50 nm,and consist of nanosized SnO2 particles with a mean diameter of about 15 nm.Electrochemical measurements indicate that the SnO2 hollow spheres exhibit improved electrochemical performance in terms of specific capacity and rate capability in comparison with commercial SnO2 when used as anode materials for lithium-ion batteries.The enhanced performance may be attributed to the spherical and hollow structure,as well as the building blocks of SnO2 nanoparticles.     

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.     

High lithium electroactivity of hierarchical porous rutile TiO2 nanorod microspheres

Here we report on the hierarchical porous rutile TiO₂ nanorod micospheres as an anode material for lithium-ion batteries. The resulting hierarchical porous rutile TiO₂ nanorod microspheres possessed much higher reversible capacity, cycling stability and rate capability than nanosized rutile TiO₂ previously reported in the literatures. These good electrochemical performances may be attributed to the facile diffusion of Li⁺ ions from outside through the porous channels into the TiO₂ nanorods in the microspheres and the high electrode–electrolyte contact area offered by hierarchical porous microspheres with a large specific surface area.     

New-phased metastable V(2) O(3) porous urchinlike micronanostructures: facile synthesis and application in aqueous lithium ion batteries

New‐phased metastable V₂O₃ porous urchinlike micronanostructures were first fabricated on a large scale by a simple top‐down strategy of pyrolyzing a vanadyl ethylene glycolated precursor in the absence of any templates or matrices. The pyrolysis mechanism was clearly revealed by synchrotron vacuum ultraviolet (VUV) photoionization mass spectra for the first time. The new‐phased metastable V₂O₃ exhibits a body‐centered cubic bixbyite structure and shows structural evolution from metastable cubic symmetry to thermodynamically stable rhombohedral symmetry V₂O₃ (R) above 510 °C. Furthermore, the prepared V₂O₃ porous urchinlike micronanostructures, as anode materials in aqueous lithium ion batteries, exhibit improved electrochemical properties with relatively high first discharge capacity and better cycle retention relative to thermodynamically stable V₂O₃ (R), which is derived from its unique microscopic crystal structure and macroscopic 3D framework with rigid morphology, porous structure, and high specific surface area.     

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.     

聚阴离子掺杂LiMnO_(2-y)X_y(X=BF_4~-,SiO_3~(2-),MoO_4~(2-),PO_4~(3-),BO_3~(3-))材料的合成及其电化学性能

采用水热法合成了聚阴离子掺杂LiMnO2-yXy(X=BF4-,SiO32-,MoO42-,PO43-,BO33-,y=0.01、0.03、0.05)锂离子电池正极材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放实验,研究了不同掺杂离子和掺杂量对产物结构和电化学性能的影响。结果表明,少量聚阴离子的掺杂未改变正交LiMnO2的晶体类型,但增大了材料晶胞体积,改善了材料的电化学循环性能。电化学交流阻抗(EIS)测试结果表明,聚阴离子掺杂增大了材料电荷转移阻抗,但明显提高了材料中Li+的扩散能力。     

一步硫/磷热处理制备空心Co9S8/CoP/C纳米复合材料及其储钠性能研究

低成本、高性能的钠离子电池有望成为代替锂离子电池的下一代核心器件.但是开发出高比容量、高倍率的钠离子电池负极材料依然是瓶颈.本文通过水热/溶剂热法制备了Co基前驱体,然后将其一步硫/磷热处理制得具有空心多孔结构的h-Co₉S₈/CoP/C纳米复合材料.通过X-射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等表征以确定纳米复合物的物相以及形貌特征.当h-Co₉S₈/CoP/C作为钠离子电池负极材料时,该电极材料展示了高的比容量(561 mAh g^-1@0.1 Ag^-1)、较好的循环性能(可逆比容量200 mAh g^-1@2 Ag^-1)和倍率性能.h-Co₉S₈/CoP/C之所以显示出良好的储钠性能,主要得益于其空心多孔结构不仅提供更多的空间缓解钠在反复嵌入和脱出过程造成的体积膨胀效应,而且可以缩短离子/电荷扩散途径以加快反应动力学,此外,Co₉S₈、CoP和C独特的电子结构优势得以共同发挥.     

Coating of Al2O3 on layered Li(Mn1/3Ni1/3Co1/3)O2 using CO2 as green precipitant and their improved electrochemical performance for lithium ion batteries

Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ cathode materials were fabricated by a hydroxide precursor method. Al₂O₃ was coated on the surface of the Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ through a simple and effective one-step electrostatic self-assembly method. In the coating process, a NHCO₃-H₂CO₃ buffer was formed spontaneously when CO₂ was introduced into the NaAlO₂ solution. Compared with bare Li(Mn_1/3M_1/3Co_1/3)O₂, the surface-modified samples exhibited better cycling performance, rate capability and rate capability retention. The Al₂O₃-coated Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ electrodes delivered a discharge capacity of about 115 mAh·g^?1 at 2 A·g^?1, but only 84 mAh·g^?1 for the bare one. The capacity retention of the Al₂O₃-coated Li(Mn_1/3Ni_1/3Co_1/3)O₂ was 90.7% after 50 cycles, about 30% higher than that of the pristine one.