锂离子电池CoO多孔纳米片阵列/碳布柔性负极材料

可穿戴、可折叠电子设备日益受到人们的关注,开发与之配套的柔性电极材料成为当下的研究热点。本研究采用水热法制备前驱体/碳布复合材料,将其在高纯氩气气氛下煅烧,得到柔性的CoO多孔纳米片阵列/碳布负极材料。这种多孔与三维网状立体结构能够有效缓解充放电过程中材料的体积效应,而且多孔结构还增加了活性物质CoO纳米片的比表面积,有利于电极材料储锂容量的提升。电化学性能测试表明,该CoO多孔纳米片阵列/碳布负极材料在100 mA·cm^-2的恒电流下, 首次放电容量1 862.8 mAh·cm^-2,首次循环库伦效率87.8%,在700 mA·cm^-2的电流密度下,经过100次的充放电循环后,材料的放电比容量仍保持在1 428.9 mAh·cm^-2。在1 000 mA·cm^-2的电流密度下,仍然有1 353.8 mAh·cm²的容量。该方法简便易行且原料成本低廉,可以降低锂离子电池柔性负极材料的成本。     

CoO/NiO/CoNi复合材料的制备及其储锂性能的研究

将Al72 Ni13.4 Co14.6十次准晶作为前驱体合金,通过去合金化法制备了CoO/NiO/CoNi微纳复合材料作为锂离子电池负极材料。采用X射线衍射( XRD)、扫描电镜( SEM)等材料结构分析方法对产物进行表征。通过恒电流充放电技术研究该电极材料的电化学性能,结果表明,在200 mA·g-1电流密度下,首次充放电容量为417 mAh·g-1和617 mAh·g-1,库伦效率为67.6;,经过500圈循环后放电容量仍保持为585 mAh·g-1,表现出良好的循环性能。     

碳球/Fe3O4“海胆”状复合材料的制备及应用研究

以水热法合成的单分散碳球和三价铁盐为原料,通过水解反应和热还原得到碳球/Fe3O4“海胆”状复合材料.复合材料的结构和形貌特征通过SEM、EDS和XRD等进行表征,并通过充放电测试研究了复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能.由于Fe3O4和球状碳材料各自独特的结构和优异的性能,二者之间的相互协同作用为复合材料提供了更多的储锂位点,提高了材料的电化学性能.用制得的复合物做为负极材料装配的扣式锂离子电池在电流密度为0.1A·g-1时的首次可逆放电比容量可达986 mAh·g-1,显示出优良的容量特性,但材料的倍率性能仍有待提高.     

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。     

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.     

低温引入碳对锂离子电池材料SnO2阳极行为的影响

以SnO2和葡萄糖为原料,采用一种简单的低温水热法制备了SnO2/C复合材料.采用SEM, TEM, XRD, TG和电化学测试系统对SnO2/C复合材料进行研究,研究结果表明:样品由亚微米大小球形颗粒组成,碳含量大约1.5 wt;.作为锂离子电池负极材料,SnO2/C复合材料展现了高达52.7;的起始库仑效率和753.4 mAh/g的可逆容量,而没有碳复合的SnO2材料仅显示了39.8;的起始库仑效率和548 mAh/g的可逆容量.SnO2/C复合材料也展现了良好的循环性能和稳定的高倍率性能.这表明水热法低温引入碳是SnO2/C复合材料具有良好电化学性能的重要影响因素.     

纳米纤维结构对石墨/纳米碳纤维复合材料电化学性能的影响

为了实现石墨/纳米碳纤维复合材料用作锂离子电池负极材料的商业化应用,本实验采用了化学气相沉积在石墨颗粒表面原位生长纳米碳纤维包覆的方法制备了石墨/纳米碳纤维复合材料,利用拉曼、扫描电镜以及高分辨透射电镜等手段对纳米碳纤维包覆层中纤维的形貌与微观结构进行研究.研究结果表明:550℃下生长的板式结构的纤维嵌锂容量要高于600℃生长的无序结构和650℃生长的管状结构纤维;纳米碳纤维优良的导电性能能够复合材料的倍率性能;此外,复合材料中纤维比例在5;左右时,循环稳定性好,首次循环库伦效率也较高.     

碳气凝胶修饰SnSb复合负极材料的制备及性能研究

采用超临界干燥法制备了碳气凝胶( Carbon Aerogels,CA),然后通过简单的化学还原法制备CA/SnSb复合负极材料。采用XRD和SEM等手段对材料的结构及形貌进行了表征,利用恒电流充放电测试了材料的循环性能。研究结果表明,碳气凝胶表现出纳米多孔三维网络结构,当对SnSb合金采用碳气凝胶修饰后,纳米SnSb颗粒包含在碳气凝胶的网络骨架中,呈现出碳气凝胶和纳米SnSb合金颗粒相互交错分布的结构,极大改善了复合材料的团聚性。 CA/SnSb复合负极材料首次放电容量高达1120.2 mAh·g-1,循环50次后放电容量仍达到557.3 mAh· g-1,远高于未经碳气凝胶修饰的SnSb合金。循环性能的改善主要归因于碳气凝胶的引入,不仅极大的改善了复合材料的团聚现象,而且可以缓冲SnSb合金在充放电过程中体积变化。     

电沉积制备金属锡薄膜负极材料及其电化学性能研究

通过电沉积法,控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明:当电流密度为2 mA/cm²,所得金属锡薄膜表面最为致密,结晶度最高;将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池,首次放电比容量为752 mAh/g,库伦效率为81.65%;30个循环后,放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外,该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力,其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3 Ω和8.968×10^-17 cm²/s。     

碳纳米管/天然石墨复合负极材料的制备与表征

利用碳纳米管(CNT)独特的结构和良好的导电性等特征,提高天然石墨的电子传导能力,本文采用喷雾干燥再高温煅烧的方法制备CNT/天然石墨锂离子负极复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学测试技术等方法对复合材料的结构和形貌及电化学性能进行表征.碳纳米管的包覆有利于在电极中构建空间三维导电网络,大大提高充放电比容量和循环稳定性能.电化学测试结果:在0.1C,纯天然石墨的首次放电比容量为359 mAh/g,CNT/天然石墨负极材料放电比容量为417 mAh/g,且在0.1C下循环100次后容量保持率仍有93.2;,比天然石墨提高16;.     

快离子导体Li1.5Y0.5Zr1.5(PO4)3包覆层对富镍三元正极材料电化学性能的影响

研发富镍低钴的先进正极材料是目前提高锂离子电池能量密度和降低电池成本的有效办法。然而,随着Ni含量的增加,富镍层状氧化物普遍存在前驱体合成困难、结构不稳定和界面活性高等一系列问题,阻碍了富镍层状氧化物正极材料的市场化推广。本文采用优化的共沉淀法制备出结构稳定的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NCM811)正极材料,同时在NCM811材料表面均匀包覆快离子导体Li_1.5Y_0.5Zr_1.5(PO₄)₃涂层,以克服富镍层状氧化物界面结构不稳定和易受电解液腐蚀的难题。在4.5 V高截止电压下,改性样品0.2 C的放电比容量为214.2 mAh·g^-1,10 C的放电比容量高达158.8 mAh·g^-1,高于原始样品的203.7 mAh·g^-1(0.2 C)和82.7 mAh·g^-1(10 C)。同时,改性样品在4.3 V下经1 C循环200次后的容量保持率高达84.7%,高于原始样品(61.94%)。     

石墨烯/Fe2O3纳米复合材料的制备及其储锂性能研究

采用软化学方法控制氧化石墨表面含氧官能团的数量,一步完成了石墨烯/Fe2O3纳米复合材料的控制合成.采用XRD和Raman光谱分析及TEM表征复合材料的组成、结构和微观形貌特征,并对石墨烯/Fe2O3复合负极的电化学储锂性能进行了研究.结果表明,石墨烯/Fe2O3复合材料作为锂离子电池负极材料具有较高的储锂容量和倍率性能,充放电循环性能稳定.在100 mA/g的电流密度下循环100次,可逆容量为606 mAh/g,放电效率保持在91;;在2 A/g下放电容量是其在250 mA/g下放电容量的58.2;.     

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.     

负极集流体为CNT导电纸的锂离子电池及其性能

采用碳纳米管(Carbon nanotubes,CNT)导电纸替代传统的金属铜箔作锂离子电池的负极集流体,石墨作为活性材料.在0.2C倍率条件下电池首次放电比容量高达815.7 mAh·g-1,可逆放电比容量为474.0 mAh·g-1,是铜箔作为负极集流体锂电池(236 mAh·g-1)的2倍,10次循环后电池容量保持率97.2;.CNT导电纸有良好的强度、韧性、吸液性能.相比铜箔集流体,其结构可有效保证负极材料与碳纳米管导电纸集流体间的紧密接触,减少界面电阻,增加电子传导通道.碳纳米管导电纸有望替代传统铜箔成为新一代锂离子电池用集流体.     

水热/溶剂热法制备锂电池负极材料碳气凝胶/Fe2O3及其电化学性能

采用水热/溶剂热法,通过在碳气凝胶(CA)表面负载纳米Fe2O3颗粒,制备了具有不同外观形貌的CA/Fe2O3复合负极材料.通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和热重(TG)等测试手段表征了碳气凝胶、Fe2O3及CA/Fe2O3的结构、形貌和Fe2O3负载率,并对复合负极的电化学储锂性能进行了研究.结果表明,采用水热或溶剂热法时,在碳气凝胶表面合成的Fe2O3颗粒分别呈橄榄球状和微球状.电化学结果表明,采用溶剂热法合成的CA/Fe2O3复合材料作为锂电池负极材料具有较高的储锂容量和倍率性能,在100 mA·g-1电流密度下循环50次,可逆容量为634.9 mAh·g-1,充电容量保持率高达97.9;.     

基于生物质衍生自支撑阴极的锂二氧化碳电池

锂二氧化碳电池通过捕获、转化二氧化碳为储能物质,既可以减少二氧化碳排放量又可以作为创新的储能装置,引起了研究者们的广泛关注.但是,目前锂二氧化碳电池还存在着放电容量低,循环性能差等缺点.本文通过对天然松木碳化制备无粘结剂自支撑阴极材料用于锂二氧化碳电池,得益于生物质衍生碳的多孔道特性和自支撑结构,极大地提高了锂二氧化碳电池的放电容量(4.12 mAh·cm-2)和循环性能(55圈).这种利用天然生物质衍生碳作为自支撑阴极的方法为提高锂二氧化碳电池性能提供了一种新的思路.     

介孔球形LiFePO4/C原位复合材料制备与表征

磷酸铁锂由于其安全性好,价格低廉,理论比容量高等优势而成为一种重要的锂离子电池正极材料.本文利用微生物法与水热法相结合的新方法成功制备出介孔LiFePO4/C原位复合材料.以微生物为模板和碳源,通过与金属离子和磷酸根离子的矿化作用形成盐类混合物,经200℃水热反应,从而形成LiFePO4/C原位复合材料.通过结构与性能表征,该复合材料具有介孔球形结构,在0.1C倍率下的首次放电容量可达到134 mA·h.g-1,比普通水热法合成的样品的比容量提高了近30;,且其充放电性能有着很好的对称性和较小的极化现象.其性能显著提高的主要原因是材料具有介孔球形结构和原位复合碳的存在,从而促进了锂离子的嵌入与脱出和电子传导.     

喷雾干燥-固相煅烧法制备球形钛酸锂负极材料的研究

通过喷雾干燥-固相煅烧法制备了球形钛酸锂。不同于传统喷雾干燥工艺采用固态钛源进行制备,本文采用的前驱体是锂盐,分散剂和钛酸四丁酯制备出的硝酸氧钛的混合溶液。由于制备方法中前驱体为原子级均匀分布,化学计量比可精确控制,制备出的材料颗粒细小,粒径、成分分布均匀,电化学性能优异。同时研究了不同锂钛摩尔比以及煅烧温度对球形钛酸锂的形貌和成分的影响,并研究了其作为锂离子电池电极材料的电化学性能。结果表明,锂钛摩尔比为0. 816,煅烧温度为800℃时钛酸锂的电化学性能最好,首圈容量185. 1 mAh/g,30圈后容量为173. 9 mAh/g,循环100圈后还有169. 7 mAh/g的容量。     

MoS2/SnS异质结太阳能电池的模拟研究

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料,其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近,并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>10⁴ cm^-1),因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS₂/SnS异质结太阳能电池,主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现:SnS吸收层最佳厚度为2 μm,最佳掺杂浓度为1.0×10¹⁵ cm^-3;同时高斯缺陷态浓度超过1.0×10¹⁵ cm^-3时,电池各项性能参数随着浓度的增加而减小,而带尾缺陷态超过1.0×10¹⁹ cm^-3·eV^-1时,电池性能才开始下降;其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重,界面缺陷态浓度超过1.0×10¹² cm^-2时,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外,通过模拟获得的转换效率高达24.87%,开路电压为0.88 V,短路电流为33.4 mA/cm²。由此可知,MoS₂/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。     

13N超高纯锗单晶的制备与性能研究

13N超高纯锗单晶是制作超高纯锗探测器的核心材料。本文通过还原法获得还原锗锭,再由水平区熔法提纯获得12N高纯锗多晶,最后由直拉法生长得到13N超高纯锗单晶。通过低温霍尔测试、位错密度检测、深能级瞬态谱(DLTS)测试对13N超高纯锗单晶性能进行分析。低温霍尔测试结果显示,晶体头部截面平均迁移率为4.515×10⁴ cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度为1.176×10¹⁰ cm^-3,导电类型为p型,位错密度为2 256 cm^-2;尾部截面平均迁移率为4.620×10⁴ cm²·V^-1·s^-1,载流子浓度为1.007×10¹⁰ cm^-3,导电类型为p型,位错密度为2 589 cm^-2。晶体深能级杂质浓度为1.843×10⁹ cm^-3。以上结果...