酰亚胺基锂电池有机聚合物负极材料的制备及电化学性能研究

设计合成了一系列聚酰亚胺基的共轭骨架材料用于锂电池负极.首先,选用具有不同共轭体系的二酐分子用作共聚物构建单元,随后通过亚胺化反应与三聚氰胺共缩聚.最后,通过进一步热处理提高材料的交联程度和稳定性.将该材料用于锂离子电池负极表现出稳定的电化学性能.聚合物的倍率性能测试结果表明:在150 mA·g~(-1)的电流密度下,循环150次后,放电比容量达到471 mAh·g~(-1)以上,在2 A·g~(-1)的较大电流密度下,放电比容量达122.1 mAh·g~(-1),当电流密度返回至100 mA·g~(-1)时,其放电比容量又上升至532.3 mAh·g~(-1)左右,材料具有较好的倍率性能,聚合物材料在充放电过程中,避免了有机小分子材料在与锂离子结合后,易溶于电解液造成的容量损失.同时,共聚物骨架的共轭结构单元和极性基团,可在保证材料的导电性的同时增加材料结合锂离子的能力,因此表现出了优异的倍率性能.     

α-氧化铁介孔纳米材料的制备及其在锂/钠离子电池中的电化学性能

采用硬模板法合成了具有六方排列的平行圆柱形有序孔道介孔α-氧化铁(α-Fe_2O_3),并将其用作锂离子、钠离子电池的负极材料。所制备的介孔α-Fe_2O_3凭借其独特的有序介孔结构,有效缓解电极在充放电过程中的体积效应,提高了电解液浸润性,促进锂/钠离子的转移和传输,从而在锂离子及钠离子电池中均表现出优异的电化学性能。作为锂离子电池负极时,其首圈放电比容量为983.9 mAh·g~(-1)。经过100次循环后,其放电比容量为1 188.0 mAh·g~(-1)。在钠离子电池中,其首圈放电比容量为687.7mAh·g~(-1)。经过50次循环后,仍有316.9 mAh·g~(-1)的放电比容量。     

金属有机框架衍生的高性能锂离子电池负极Co3O4/C复合材料

为克服Co_3O_4负极材料导电率低、循环稳定性差的缺点,选择Co_2(NDC)_2DMF_2(NDC=1,4-萘二甲酸根)为前驱体采用两步煅烧工艺,制备了具有高碳含量的Co_3O_4/C复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对样品进行了表征。采用热重分析法(TGA)测定了Co_3O_4/C中非晶态碳的含量。作为锂离子电池的负极材料,Co_3O_4/C具有高的可逆比容量、优异的循环性能(在200 m A·g~(-1)的电流密度下,循环200圈后放电比容量稳定保持在1 000 mAh·g~(-1))和良好的倍率性能(在100、200、500、1 000和2 000 mA·g~(-1)的电流密度下,放电比容量为分别1 076.3、976.2、872.9、783.6和670.1 mAh·g~(-1))。材料优异的电化学性能归结为有机配体衍生的高含量非晶态碳的导电和缓冲作用有利于电子的快速传递并有效减缓了金属氧化物充放电过程中的体积膨胀。     

哌啶型离子液体混合电解液在Li/LiCoO2电池中的性能研究

合成并考察了N-甲基-N-乙（丙,丁）基哌啶-二( 三氟甲基磺酰) 亚胺三种离子液体( PP12（3,4）TFSI )作为电解液添加剂的影响. 使用热分析和电化学技术研究了离子液体混合电解液的热稳定性和电化学性能.实验表明,哌啶型离子液体可以提高有机电解液的热稳定性,并且侧链的长短对 LiCoO₂ 电极的电化学性能有重要的影响.当以PP13TFSI配成的混合电解液,在3.0~4.35 V之间、电流密度为150 mA•g^-1时, LiCoO₂ 电极的首次放电容量为156.6 mAh•g^-1,200周循环后容量为133.9mAh•g^-1,容量保持率为85.5%,远远优于在传统有机电解液中的循环性能.     

高容量锂离子电池正极复合材料pillar[5]quinone/CMK-3的制备

以有机醌类化合物柱[5]醌(pillar[5]quinone,P5Q)作为锂离子电池的正极材料,探索了其储锂性能。实验结果表明,P5Q首圈放电容量达到了431 mAh·g^-1,显示出100%的活性位点利用率。然而,P5Q在电解液中的溶解会导致循环过程中容量的衰减。采用超声法将P5Q填入有序介孔碳CMK-3的孔道,制备了P5Q/CMK-3复合材料,以此减少P5Q与电解液的接触,从而减缓了P5Q的溶解速率,提高了电池的循环稳定性。P5Q/CMK-3复合材料100次充放电循环后容量为300 mAh·g^-1,保持率高达71%,说明了该优化方法效果显著,提高了P5Q在锂离子电池中的实际应用价值。     

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。     

α-Fe2O3空心球的简易合成及其储锂性能研究

利用葡萄糖作为模板,与Fe~(3+)溶液水热合成、高温煅烧后获得了空心球形的Fe_2O_3。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及物理吸附仪对其进行物相结构、形貌及多孔性分析。锂离子电池电化学性能测试结果表明,与立方型α-Fe_2O_3相比,空心球状的α-Fe_2O_3负极材料表现出更加优异的循环稳定性和倍率性能。在200 mA g~(-1)电流密度下首次放电比容量为1295 mAh g~(-1),首次库伦效率为81%。在500 mA g~(-1)电流密度下,空心球状α-Fe_2O_3电极首圈比容量高达1249 mAh g~(-1),首次库伦效率达到73%;循环500圈后,容量保持率为84%,库伦效率达98%以上。在1 A g~(-1)、2A g~(-1)大倍率电流密度下,放电比容量分别为1048 mAh g~(-1)、992 mAh g~(-1),容量保持率分别达到90%与85%。因此,空心结构α-Fe_2O_3负极材料不仅可以有效抑制充放电过程中电极的体积膨胀,还可以缩短锂离子的传输路径,提高电极材料的电化学性能。     

网格结构SnO2纤维的制备及其储锂性能

采用静电纺丝技术由不同浓度纺丝液制备了SnO_2-PVP纤维,并分别在氩气和空气中煅烧后获得SnO_2纤维和SnO_2-C纤维。物化性能表征表明所合成的SnO_2纤维及SnO_2-C纤维具有特殊的网格结构,存在较多空隙能有效缓冲SnO_2充放电过程中剧烈的体积变化,因而样品具有比SnO_2纳米颗粒更好的储锂性能。SnO_2-C纤维中含有较多的C具有较好的倍率性能,但放电容量较低。SnO_2纤维具有较高的放电容量,同时具有较好的循环稳定性。在电流密度为0.4、0.8、1.6、2.4和4 A·g-1,10次循环后放电容量分别达到1 372、832、685、642和599 mAh·g~(-1),且当电流密度回落至0.4 A·g-1时放电容量可恢复到1 113 mAh·g-1;另外在电流密度1.6 A·g-1下充放电200次后纤维的放电容量仍可达到613 mAh·g~(-1)、库伦效率接近100%,表现出极好的倍率性能和循环稳定性。     

废弃生物质水葫芦多孔碳用于锂离子和钠离子电池负极的研究

水葫芦作为一种廉价的生物质资源,对其进行物理、化学处理后得到疏松多孔的碳材料。将该碳材料用于锂离子电池负极时,在1000 mA g~(-1)的电流密度下循环100次可逆容量保持在283 mAh g~(-1),即使在10 A g~(-1)的电流密度下,可逆容量仍高达125 mAh g~(-1),表现出较好的倍率性能。用作钠离子电池负极时,在100 mA g~(-1)的电流密度下可逆容量达到145 mAh g~(-1),在1000 mA g~(-1)下循环100次可逆容量依然可以保持在123 mAh g~(-1)。该电极材料优异的电化学性能可归因于其疏松多孔的结构,这有利于活性材料与电解液充分接触,同时为锂/钠离子存储提供更多的位点,并且有利于离子的快速传输。     

Co3O4/SnO2纳米空心管锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

采用静电纺丝的方法获得含有机物的纳米纤维CoCl_2/SnCl_4/PVP,通过高温退火去除有机物PVP,氧化SnCl_4和CoCl_2得到孔隙率高、具有单轴中空结构的Co_3O_4/SnO_2一维纳米材料。该复合材料在电流密度为100 mA·g~(-1)进行40次循环测试,首次放电容量与充电容量分别为1937 mAh·g~(-1)和1515 mAh·g~(-1),其容量远高于商业石墨的容量。通过不同电流密度下的倍率性能测试,表明该材料拥有快速充电的功能。     

构建一维铜基配位聚合物作为锂离子电池正极材料

合成了一种新型的一维(1D)羰基配位聚合物[Cu(BGPD)(DMA)(H₂O)]·DMA(记为Cu-BD,H₂BGPD=N,N''-双(甘氨酰)均苯四甲酸二酰亚胺,DMA=二甲基乙酰胺),并考察了其用作锂离子电池正极材料的电化学性能。电化学测试结果表明,Cu-BD正极在50 mA·g^-1的电流密度下循环100圈后仍然保留50 mAh·g^-1的比容量,具有较好的循环稳定性。Cu-BD电极反应机理研究表明,BGPD配体和Cu(II)离子在充放电过程中都可能参与了电子转移过程。     

Superior performance for lithium-ion battery with organic cathode and ionic liquid electrolyte

Organic small structure quinones go with ionic liquids electrolytes would exhibit ultrastable electrochemical properties.In this study,calix[6]quinone(C6Q) cathode was matched with ionic liquid electrolyte Li[TFSI]/[PY13][TFSI](bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt/N-methyl-N-pro pylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide) to assemble lithium-ion batteries(LIBs).The electrochemical performance of LIBs was systematically studied.The capacity retention rates of C6Q through 1000 cycles at current densities of 0.2 C and 0.5 C were 70% and 72%,respectively.At 5 C, the capacity was maintained at 190 mAh g^-1 after 1000 cycles,and 155 mAh g^-1 even after 10,000 cycles,comparable to inorganic materials.This work would give a big push to the practical process of organic electrode materials in energy storage.     

硫/水热碳球复合材料的制备及对锂硫电池倍率性能的影响(英文)

在锂硫电池正极材料的研究中,碳材料可以有效改善电池倍率及循环性能。为了提高锂硫电池的高倍率放电性能,通过水热合成的方法,制备了由非均匀粒径碳球组成的碳材料。与硫热合成后,硫均匀分布在碳材料表面及周围,复合材料含硫量为52wt%。0.2C放电电流下,首次放电比容量为1 174 m Ah·g-1,100次循环后放电比容量为788 m Ah·g-1。在4C的放电电流下,放电比容量稳定维持在600 m Ah·g-1,循环过程中,库伦效率高于90%。该碳材料有良好的导电网络,且制备方便,成本低廉,对于穿梭效应和放电过程中的膨胀效应有一定的抑制作用,是一种优秀的正极材料。     

硫/水热碳球复合材料的制备及对锂硫电池倍率性能的影响

在锂硫电池正极材料的研究中,碳材料可以有效改善电池倍率及循环性能.为了提高锂硫电池的高倍率放电性能,通过水热合成的方法,制备了由非均匀粒径碳球组成的碳材料.与硫热合成后,硫均匀分布在碳材料表面及周围,复合材料含硫量为52wt%.0.2C放电电流下,首次放电比容量为1174mAh·g^-1,100次循环后放电比容量为788mAh·g^-1.在4C的放电电流下,放电比容量稳定维持在600mAh·g^-1,循环过程中,库伦效率高于90%.该碳材料有良好的导电网络,且制备方便,成本低廉,对于穿梭效应和放电过程中的膨胀效应有一定的抑制作用,是一种优秀的正极材料.     

基于生物质的高度有序的管状碳材料及其在锂硫电池中的应用

将棕榈纤维经过炭化和氢氧化钾活化制备高度有序的管状碳材料(OCT),并且将其应用于锂硫电池。所制备的OCT具备高的比表面积和大的孔体积,可以有效地储存硫,合成方法简单且成本较低。同时,所制备的S@OCT复合物呈现出优异的电化学性能。载硫量为65%(w/w)的S@OCT复合材料在0.2C(1C=1 672 mA·g-1)的倍率下库伦效率接近于100%,其首圈容量高达1 255.2 mAh·g-1(1.8 mAh·cm-2),并且100圈后容量保持在756.9 mAh·g-1(1.09 mAh·cm-2)。使用5C的大电流测试时,其首圈容量达到了649.1 mAh·g-1(0.93 mAh·cm-2),且在100圈后容量保持在504.2 mAh·g-1(0.72 mAh·cm-2)。     

铁基普鲁士蓝正极材料的宏量制备及电化学储钠性能

以柠檬酸钠作为配位剂,采用共沉淀法,在室温下制备了铁基普鲁士蓝材料(FePB).当使用20 L容积的反应釜,并将前驱体亚铁氰化钠(Na4[Fe(CN)6])的浓度提高至0.5 mol·L-1时,制备一次可实现高达500 g的产量.电化学测试显示,所得FePB材料具有较高的容量、优异的倍率性能和良好的循环寿命.在0.1C...     

快离子导体LiTi2(PO4)3在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料表面的原位反应包覆及其电化学性能

通过原位反应法,利用富镍层状金属氧化物LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（LNCM811）正极材料表面残余的氢氧化锂和碳酸锂,与C₈H₂₀O₄Ti和（NH₄）H₂PO₄反应,在LNCM811表面原位生成快离子导体LiTi₂（PO₄）₃（LTP）包覆层。这种原位反应的包覆方法有利于移除LNCM811表面有害的残留物氢氧化锂和碳酸锂。而且,获得的LTP均匀包覆层不仅可以有效地抑制LNCM811表面和电解液的直接接触及其副反应,还可以确保充放电循环过程中LNCM811正极材料的快速Li⁺传导。因此,在LTP包覆层的多重作用下,LTP包覆的LNCM811正极材料具有优异的循环稳定性和倍率性能：在0.2C时,首次放电比容量高达200.6 mAh·g^-1,200圈后的可逆容量依然有155.7 mAh·g^-1;在2C和5C的高电流密度下,200圈后的可逆容量仍然有126.4和111.9 mAh·g^-1。     

碳包覆LiFe0.5Co0.5PO4固溶体正极材料的制备及其电化学性能

分别以四水磷酸铁（FePO₄·4H₂O）和二水草酸亚铁（FeC₂O₄·2H₂O）为铁源,采用简单便捷的流变相法制备了碳包覆LiFe_0.5Co_0.5PO₄固溶体材料（LiFe_0.5Co_0.5PO₄/C,简称为LFCP/C）。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、恒流充放电等测试手段对复合材料的物相、形貌结构和电化学性能进行了表征和测试。结果表明,2种铁源得到的材料均为橄榄石晶型结构且结晶度良好,二者在颗粒尺寸分布、碳包覆效果和电化学性能方面具有显著的差别。用作锂离子电池正极材料时,以FeC₂O₄·2H₂O为原料得到的LFCP/C具有更优异的电性能：在2.5~5.0 V电压范围内,0.1C倍率下（1C=150 mA·g^-1）,放电比容量为137.5 mAh·g^-1,在10C仍具有57.6 mAh·g^-1的放电比容量;0.5C循环100次后容量仍保持78.1%。该样品更佳的电化学性能主要得益于其更小的平均颗粒尺寸,更高的比表面积和理想的碳包覆效果。     

共聚物模板辅助合成高倍率性能多孔Li2FeSiO4@C/CNTs纳米复合正极材料

通过溶胶-凝胶法制备了Li₂FeSiO₄@C/CNTs(LFS@C/CNTs)纳米复合材料,其中三嵌段共聚物P123用作结构导向剂和碳源,碳纳米管作为导电线提高材料的导电性。LFS@C/CNTs不仅具有海绵状纳米孔,能够与电解液充分接触改善锂离子的传输路径,同时由非晶碳和碳纳米管构成的三维桥联导电网络利于电子的快速传递,提高了材料大电流充放电能力和循环稳定性。复合后的LFS@C/CNTs的高倍率性能相比LFS@C明显提高, 当CNTs的掺量为4%,电压窗口为1.5~4.5 V,0.1C电流密度下放电比容量为182 mAh·g^-1。在10C经70次循环后该材料的放电比容量能保持在117 mAh·g^-1,是LFS@C放电比容量(55 mAh·g^-1)的两倍。