石墨烯复合材料在锂离子电池中的研究进展

石墨烯复合材料因其独特的结构和优异的性质被认为是最有潜力的锂离子电池负极材料之一.石墨烯基复合材料是解决充放电过程中的电极体积变化导致电池的循环性能变差这一问题的有效途径.本文作者综述了多种石墨烯基复合材料作为锂离子电池负极时的电化学性能,并展望了未来的研究方向.     

功率型锂离子电池负极材料TiO2/石墨烯的制备及其电化学性能研究

采用无表面活性剂回流法制备了蜂窝状TiO2/石墨烯(GNs)复合材料.扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,TiO2颗粒约5～10 nm,均匀地分散在石墨烯的表面.锂电池测试显示,1C充电容量稳定在240.1 mAh.g-1;30C充电容量为169.5 mAh.g-1;当电流调回1C时,其充电容量仍可完全恢复(241.7 mAh.g-1);10C 300周期循环电极容量保持率为89.8%.     

石墨烯材料的储锂行为及其潜在应用

由于石墨烯材料独特的性质,其在锂离子电池材料方面显示出潜在的应用前景.深入理解石墨烯材料的储锂行为,对于其在储能领域的应用具有极为重要的意义.石墨烯材料作为负极材料具有与低温软炭材料类似的充放电特征.无序度或比表面积高的热还原石墨烯材料具有相对更高的可逆储锂容量.石墨烯材料中大量的微孔缺陷能够提高可逆储锂容量,但同时也会造成电压滞后及容量衰减.石墨烯材料作为锂电池正极材料,其电化学性能主要来源于表面含氧官能团与锂离子在高电位下的可逆氧化还原反应,且不可逆容量较低.利用石墨烯负极高容量与石墨烯正极高倍率放电的特性,可以设计出具有高能量密度的锂离子电容器和高比容量的石墨烯复合锂电池正极材料.     

氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料

合成了一种石墨烯基纳米复合材料即：由氮掺杂碳层包覆的金属钴纳米颗粒,充分分散于氮掺杂的石墨烯表面。这种纳米复合材料进一步提高了石墨烯的导电性,增加了石墨烯的储锂容量。该材料被用作锂离子电池负极材料,在性能测试中展现了良好的循环性能,在以100 mA·g^-1的电流密度循环200圈后,放电容量高达950.1 mAh·g^-1,库伦效率约为98%。     

氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料

合成了一种石墨烯基纳米复合材料即：由氮掺杂碳层包覆的金属钴纳米颗粒,充分分散于氮掺杂的石墨烯表面。这种纳米复合材料进一步提高了石墨烯的导电性,增加了石墨烯的储锂容量。该材料被用作锂离子电池负极材料,在性能测试中展现了良好的循环性能,在以100 mA·g^-1的电流密度循环200圈后,放电容量高达950.1 mAh·g^-1,库伦效率约为98%。     

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及电化学储锂性能

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO3纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO3/RGO).将WO3/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能.结果显示,在0.1C(1C=638 mA?g-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh?g-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh?g-1,保持率为83.4%.即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh?g-1.由此说明,WO3/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

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.     

Sn基复合物类锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池能够成功应用的关键在于锂离子可以可逆嵌入与脱出的负极材料的制备。本文按嵌锂方式分类介绍了锂离子电池的最新研究进展,并对锡基负极材料的研究情况进行了综述,同时,也提出了各种负极材料在研究中存在的问题及今后的发展前景。     

微波合成法制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4

研究了一种制备锂离子电池正极材料Li2FeSiO4的新方法.采用机械球磨结合微波热处理合成了Li2FeSiO4正极材料.通过XRD、SEM和恒流充放电测试,对样品结构、形貌和电化学性能进行了表征和分析.与传统固相法合成的材料在晶体结构、微观形貌以及充放电性能方面进行了比较.结果表明,微波合成法可以快速制备具有正交结构的Li2FeSiO4材料;在650 ℃时处理12 min,获得了纯度高、晶粒细小均匀的产物,该产物具有较高的放电比容量和良好的循环性能.在60℃下以C/20倍率(电流密度,1C=160mA·g-1)进行充放电,首次放电容量为119.5 mAh·g-1,10次循环后放电容量为116.2 mAh·g-1.与传统高温固相法相比,微波合成法制备的材料具有较高的纯度、均匀的形貌和较好的电化学性能.     

微波固相法快速制备氮掺杂石墨烯

以鳞片石墨为原料, 首先通过Hummers法制备氧化石墨, 再将洗涤至中性的氧化石墨分散液与乙二胺反应得到功能化石墨烯。干燥后的功能化石墨烯在微波辐照下能瞬间产生高热, 促使接枝的乙二胺分子分解并实现对石墨烯原位掺杂制备出氮掺杂石墨烯。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)对样品的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明:该合成途径能成功实现对氧化石墨烯的还原和掺杂, 所合成的氮掺杂石墨烯呈现透明绢丝状结构。     

锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状

在锂离子电池负极材料的研究中，硅材料以其高达4200 mAh·g^-1的理论比容量，成为近年来新能源电池领域的研究热点.但是在锂化/去锂化过程中，硅负极体积变化高达300%，导致快速的容量衰减和较短的循环寿命.目前硅负极改性最有效的方法之一，是通过粘结剂来保持活性物质、导电添加剂和集流体间的接触完整性，减少硅材料在充放电循环过程中体积变化引起的裂化和粉碎，保持硅负极的高容量，提升电池循环性能.基于硅材料作为锂离子电池负极的优异特性，以及目前锂离子电池粘结剂的发展，将针对锂离子电池硅基负极粘结剂做出系统讨论，描述不同粘结剂对电池性能的主要影响，为锂离子电池硅基负极粘结剂的开发和应用提供研究方向.     

锂离子电池负极材料用Co3O4及其复合材料研究进展

锂离子电池的性能主要由正、负极材料决定,负极材料Co₃O₄具备理论容量高、振实密度大、化学性质稳定等特点倍受关注,但存在导电性不好、倍率性能较差等缺点. 解决该问题的手段：一方面可通过材料的纳米化与特殊形貌化如球状、纤维状、片状等,缩短锂离子嵌入和脱出行程;另一方面可通过材料的复合化,促进电子的快速传输和缓冲活性材料在充放电过程中的体积效应. 根据Co₃O₄颗粒的形貌特性对现有研究进行了分类与综述,阐述了改性手段的可能性机理,并对如何提高Co₃O₄的电化学性能提出了一些想法.     

Hydrothermal synthesis of rod-like CoMoO4 and its excellent properties for the anode of lithium-ion batteries

CoMoO₄ has attracted extensive interest as an anode for lithium-ion batteries due to its high theoretical capacity and low cost. Nevertheless, achieving controlled synthesis of CoMoO₄ with definite morphology by simply adjusting a certain synthesis condition is a very meaningful topic. Here, rod-like CoMoO₄ formed by lamellar stacking was successfully synthesized through the control pH value of one-step hydrothermal route, and its excellent electrochemical performance was investigated. The rod-like CoMoO₄ prepared at 190°C and pH = 7 has a high initial discharge capacity of 1,482.8 mAh/g at 200 mA/g. The discharge capacity of 1,041 mAh/g was maintained after 500 cycles, and the capacity retention was 70.2%. The improved electrochemical performance of rod-like CoMoO₄ can be attributed to the rod structures, which could shorten ion diffusion and electronic conduction pathway, provide more efficient charge storage sites, and alleviate the volume changes during Li + intercalation/deintercalation.     

掺杂P,Al和La元素的锂离子电池材料的微波合成研究

采用微波合成法制备了含掺杂P,Al和La元素的正极材料LiCoO2,确定了工艺条件,包括反应时间、微波功率和反应温度.采用XRD,SEM和电化学测试仪研究了添加元素对LiCoO2结构和电化学性能的影响.研究发现,微波功率和反应时间对产物的结构有比较明显的影响.充放电试验结果表明,掺加La元素正极材料LiCoO2首次充放电容量达到了130 mAh.g-1.     

Recent progress in nitrates and nitrites sensor with graphene-based nanocomposites as electrocatalysts

Nutrients based on nitrogen elements such as nitrite and nitrate have long been served as food preservatives in the food industry, as fertilizer in agriculture, and as color formers and rust inhibitors in the chemical industry. Due to the extensive nitrite and nitrate usage, the leakage or pollution discharge resulted in a large amount wasted in water sources and soil. As they are highly toxic inorganic pollutant, excess consumption and nitrite exposure can trigger several diseases and damage human health. As a consequence, an urgent need to develop a particular device for detecting and monitoring the presence of nitrite, specifically to measure drinking water quality and control remediation procedures. Owing to the merits of graphene, including broad theoretical surface area, high conductivity at room temperature, and a wider electrochemical window, graphene now serves as an excellent host material for anchoring nanomaterials to enhance the performance of electrochemical applications. There has been rapid progress in developing nitrite and nitrate sensors based on an electrochemical approach with the assistance of graphene-based nanocomposite material as the electrocatalysts. The electrically conductive graphene has high surface areas that allow the deposition of high-density analyte molecules, facilitating better selectivity and high sensitivity compared to other materials. The present review provides an overview on the recent development of electrochemical sensors for detecting nitrates and nitrites using graphene-based nanocomposites as electrocatalysts based on selective reports.     

室温钠离子储能电池电极材料结构研究进展

随着风能和太阳能等新能源的大规模发展及未来智能电网的实现,大规模储能系统显得越来越重要.室温钠离子电池以较低的成本再次引起了研究者的兴趣,并成为一种有前途、低成本的储能体系.目前,已提出多种材料可作为钠离子电池的电极材料.一般而言,材料的性质主要由材料的晶体结构决定,本文主要介绍目前提出的多种可行室温钠离子电池电极材料的晶体结构,希望通过总结已有电极材料的晶体结构,对新材料的设计提供指导.     

拉曼光谱表征石墨烯材料的研究进展

石墨烯独特的二元化电子价键结构使其在纳米电子器件中具有良好的应用发展前景。拉曼光谱作为一种灵敏、便捷的技术,已被成功地用作表征石墨烯的结构和特性。本综述着重对沉积在不同基底以及掺杂的石墨烯拉曼光谱研究做了一个简单的总结。通过对铟锡氧化物、蓝宝石和玻璃基底上的石墨烯拉曼光谱进行观察,发现在不同基底上的石墨烯拉曼G峰与2D峰峰值会有不同程度的偏移,但2D峰峰值可判断石墨烯层数这一结论仍适用。掺杂可改变石墨烯的荷电状态,使石墨烯表现出空穴（p）型或电子（n）型掺杂特性,通过石墨烯拉曼光谱的变化可以定性石墨烯的掺杂类别并定量表征石墨烯的载流子浓度。     

Ultrathin Graphdiyne Nanosheets Grown In Situ on Copper Nanowires and Their Performance as Lithium‐Ion Battery Anodes

A method is presented for the scalable preparation of high‐quality graphdiyne nanotubes and ultrathin graphdiyne nanosheets (average thickness: ca. 1.9 nm) using Cu nanowires as a catalyst. For the storage of Li⁺ ions, the graphdiyne nanostructures show a high capacity of 1388 mAh g^?1 and high rate performance (870 mA h g^?1 at 10 A g^?1, and 449.8 mA h g^?1 at 20 A g^?1) with robust stability, demonstrating outstanding overall potential for its applications.     

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)。