高性能锂-硫电池用复合正极的构造与粘结剂

采用球磨混合及热处理方法制备了含有多壁碳纳米管(MCNTs)的硫基复合正极材料,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌,较系统地研究了MCNTs含量和粘结剂种类对硫基复合正极容量、循环稳定性和自放电行为等的影响.结果表明:MCNTs的合适含量为5%-8%(w,质量分数),以水性粘结剂环糊精制备的硫基复合正极电化学性能最佳.锂-硫电池在常温和半充电状态下放置30天几乎没有自放电;当电流倍率为0.1C时,β-环糊精为粘结剂的正极初始充电容量为687.7mAh.g-1,100次循环以后可逆容量为623.8mAh.g-1,容量保持率达90.7%.     

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%.     

脉冲激光沉积法制备FeSe薄膜电极及其电化学性质

采用脉冲激光溅射Fe和Se粉末的混合靶制备FeSe薄膜并用XRD、充放电和循环伏安测试研究了薄膜的结构和电化学性质. XRD结果显示, 当基片温度为200 ℃时, 薄膜主要由晶态的FeSe组成. 在电压1.0～3.0 V范围内, 该薄膜的可逆容量为360.8 mAh•g^－1, 经过100次循环之后的放电容量为396.5 mAh•g^－1, 具有很好的循环性能. ex situ XRD结果显示FeSe能够和Li发生可逆的电化学反应, 颗粒尺寸大于5 nm的纳米铁颗粒能够驱动Li₂Se的分解并在充电过程中重新生成FeSe. FeSe具有较高的可逆容量和较好的循环性能, 可能成为一种优良的锂二次电池正极材料.     

锂离子电池用酚醛树脂热解炭材料的研究

以酚醛树脂为前驱体制备锂离子电池负极用热解炭材料.采用热失重分析方法研究了酚醛树脂在热处理过程中的变化.采用XRD、BET及电化学方法研究了所得热解炭材料的结构与性能.随着热解温度升高和恒温时间增加,所得热解炭材料的结构有序性增加,比表面积减小,首次充电容量和放电容量均减少,充放电效率增大.其中1050℃下恒温2小时所得热解炭材料的电化学性能较好,首次充电容量、放电容量和充放电效率分别为560mAh/g、387mAh/g、69.1%.     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA.g-1、200 mA.g-1和300 mA.g-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh.g-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh.g-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

稻壳制备锂离子电池炭材料的研究

本主要研究了炭化温度、升温速率以及碱处理浓度对稻壳制备锂离子电池负极材料结构及充放电性能的影响．通过差-热热重分析曲线(DT-TGA)、元素分析、X射线粉末衍射(XRD)以及电化学性能测试手段对材料进行了表征．结果表明：在最佳实验条件下，材料的首次充电容量为678mA h／g，首次放电容量为239mA h／g，循环10次的容量保持率为86．2％．     

Al掺杂尖晶石LiMn2O4正极材料的性能

尖晶石LiMn2O4作为锂离子电池正极可大电流放电,且成本低、环境友好.采用溶胶-凝胶法制备尖晶石LiMn2O4及Al掺杂材料.使用X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察材料结构与形貌.结果表明,复合材料颗粒尺寸300-500 nm,呈类球形.电化学恒流充放电测试表明,Al掺杂尖晶石LiMn2O4电极的循环性明显提高,Al掺杂5%LiMn2O4(by mass,下同)正极在1C倍率充放电100周期循环后的容量保持率为98.2%,1C倍率充电、5C倍率放电下,100周期循环后其容量保持率为99.0%,表现出较优的电化学循环性能.     

Li_4Ti_5O_(12)亚微米球的制备及其在锂离子电池中的应用

主要合成了具有尖晶石结构的Li4Ti5O12亚微米球电极材料,并研究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能.材料的制备分为三个步骤:TiCl4水解得到金红石相的TiO2,然后将得到的TiO2与LiOH进行水热反应得到中间相LiTi2O4+δ,最后将中间相高温煅烧得到尖晶石结构的Li4Ti5O12.采用XRD、SEM和TEM等手段对材料的结构和形貌进行表征.结果表明,尖晶石相的Li4Ti5O12负极材料具有分级结构,是由20～30nm的小颗粒堆积成约为200～300nm的亚微米球.将制备的Li4Ti5O12材料进行恒电流充放电测试表明,材料具有优异的倍率放电性能和较好的循环可逆性;在1C充放电时,首次放电比容量达到174.3mAh/g,在第5～50次循环过程中仅有微小的不可逆容量损失.采用循环伏安法测得Li+的扩散系数为1.03×10-7cm2/s.研究表明合成的Li4Ti5O12亚微米球在高效可充电锂离子电池中具有良好的应用前景.     

MFe2O4(M=Co,Zn)中空微球的气泡模板法合成及在锂离子电池中的应用

本文设计并开发了一种气泡模板辅助合成方法,并应用于制备具有中空结构的自组装铁酸盐微球. 采用该方法获得了颗粒尺寸为350nm、颗粒分布均匀的中空微球MFe2O4(M=Co,Zn). 把这两种中空结构材料作为锂电池负极,组装成电池后,在2 Ag-1的电流密度条件下进行充放电测试,发现CoFe2O4的首次放电容量达到1339 mAhg?1,首次充电容量为936 mAhg?1,20次循环后充电容量保持在446 mAhg-1;与之相比,ZnFe2O4的首次放电容量达到1402mAhg?1,首次充电容量为992 mAhg?1,20次循环后充电容量保持在634 mAhg?1. 这两种材料的电化学性能均优于文献报道的同类实心材料的性能,表明自组装中空结构在改善材料锂电性能方面有明显优势.     

脉冲激光沉积法制备SnSe薄膜电极及其电化学性质

采用脉冲激光溅射Sn和Se粉末的混合靶制备SnSe薄膜, XRD结果显示室温下得到的是Sn和Se的混合薄膜, 当基片温度为200 ℃时, 薄膜主要由晶态的SnSe组成. 该薄膜的首次放电容量为498 mAh•g-1, 30次循环之后的放电容量为260 mAh•g-1. 充放电测试、循环伏安曲线和ex-situ XRD结果显示, SnSe能够和Li发生可逆的电化学反应, 充电过程中能够重新生成SnSe, 表现出不同于其它氧族元素锡化物的电化学性质.     

锂离子电池中SnCu_x/CMS复合材料的制备

将亚微米SnCux合金颗粒分布于中间相碳微球(CMS)载体表面构成的复合材料,电化学测试表明其制备的电极可逆比容量390mAhg-1,相对单纯CMS电极提高26%;第二次循环后电极充放电效率接近100%,循环30次后容量衰减率低于5%.复合材料的电化学性能受合金含量、合金颗粒与载体间的结合强度,合金颗粒在载体表面的分布均匀程度,以及合金颗粒尺寸等因素影响.该类复合材料可用作为锂离子电池中的负极.     

Zr4+离子掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的影响

应用固相反应法于惰性气氛下合成掺Zr的L iFePO4正极材料.考察Zr4+掺杂浓度对于目标化合物结构及其电化学性能的影响.XRD,交流阻抗和恒流充放电测试等实验表明,少量的Zr4+掺杂并未影响目标材料产物的结构,反而有利于降低L iFePO4电荷转移反应的阻抗,从而有利于克服该电极过程中的动力学限制.该正极材料表现出优良的倍率放电性能,在0.1C倍率下,L i0.99Zr0.01FePO4的首次放电比容量达135.6mAh.g-1.30次循环后,容量衰减仅3.8%.     

长寿命高镍无钴锂离子正极材料的制备

通过调整不同配锂量、不同焙烧温度以及包覆改性对高镍无钴二元材料性能的影响因素进行了研究。对不同原样和其改性后的材料进行了X射线粉末衍射(XRD)分析和首次充放电性能和倍率性能、循环性能等电化学性能测试。其中过锂量(质量分数)为5%,焙烧温度为820℃的材料性能优异,其首次放电比容量为171.6 mAh·g^-1,1C和3C的放电比容量分别为147.8、129.8 mAh·g^-1。对材料进行锰化合物(质量分数1.0%)包覆处理后,材料的残碱量下降明显,加工性能优异,倍率性能得到明显改善,1C和3C的放电比容量分别提升为156.5、141.8 mAh·g^-1。2Ah软包电池常温循环830周容量保持率为80%,高温循环345周容量保持率为80%。     

Fe3O4 dendrites reduced by carbon-coatings as high reversible capacity anodes for lithium ion batteries

Carbon-coated magnetite dendrites (CMDs) were prepared by partial reduction of hematite dendrites (HDs) with carbon-coatings. CMDs were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis. The XRD results demonstrated the transformation of hematite to magnetite. As anode materials for lithium ion batteries, the CMDs showed much higher reversible capacity in the first cycle and better cycling performance compared with bare HDs. The improvement of the performance could be attributed to both the enhanced conductance and the increased structural stability coming from the carbon-coatings, which acted as elastic buffers to relieve the strains associated with the volume change during lithium insertion/extraction. Beside, the interspaces between CMDs were also propitious to relieve the strains. The results demonstrated that CMDs, with high reversible capacities and good cycling performance, were promising anode materials for lithium ion batteries.     

锂离子电池正极材料层状LiNi1/2Mn1/2O2的制备与表征

用一种简单的共沉淀法制备出了层状LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料，并且用XRD、SEM、循环充放电、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法对材料进行了表征测试。首先，用共沉淀法制备氢氧化镍和氢氧化锰的混合物;然后，对共沉淀溶液进行预氧化来制备前驱体;最后，用预氧化的前驱体合成了LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料。SEM和XRD测试结果分别表明:LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料是粒径范围在100～200 nm之间的球形粒子，并且具有非常好的层状结构。循环充放电表明:在空气中900 ℃下合成时间为9 h的材料，在充放电截止电压为2.8～4.6 V的情况下，经过40次循环，材料的容量可以稳定地保持在140 mAh·g^-1左右。循环伏安曲线表明:在锂的初始脱嵌和入嵌过程中存在不可逆相变。电化学阻抗谱测试表明LiNi_1/2Mn_1/2O₂具有很好的锂离子扩散能力。     

锂离子电池电极用规整中孔碳分子筛的电化学特性

采用SEM, N₂吸附技术和XRD对首次用于锂离子电池电极的规整中孔碳分子筛CMK-5的表面形态、孔结构和晶体结构进行了表征. 利用恒电流仪和伏安循环法研究了CMK-5的电化学性质, 并与传统的阳极材料石墨进行对比. 结果表明, CMK-5具有良好的可逆特性, 在第三次充电-放电循环中贮能密度仍可达525 mAh/g, 由于CMK-5具有特殊的中孔结构, 因而更适合用作快速充电-放电循环材料. 一个有趣的现象是, CMK-5在伏安循环的正值部分没有出现极值, 这与传统阳极材料显著不同. 另外, 还利用XPS和XRD考察了CMK-5的充电-放电特性.     

三维多孔还原氧化石墨烯气凝胶的制备及其在锂离子电池中的应用

以天然鳞片石墨为原料,采用改良的Hummers方法,制备了高纯度的薄层或单层氧化石墨(GO);并以抗坏血酸为还原剂,通过自组装还原的方式成功制备了具有三维多孔独巨石结构的还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶,其形貌和结构经FT-IR, SEM, TEM, XRD和XPS表征。并对其作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行了测试。结果表明：rGO气凝胶独特的形貌和结构提高了其比容量和循环性能,在100 mA·g^-1电流密度下首周放电比容量可达1 700 mAh·g^-1,首周充电比容量达710 mAh·g^-1,经过100周循环后放电比容量仍可保持在450 mAh·g^-1,库伦效率保持在98%。     

Fabrication and electrochemical properties of novel ternary Sb–Co–P alloy electrodes for lithium-ion batteries

A novel ternary Sb–Co–P alloy electrode was prepared by electroplating on copper current collector as a promising negative electrode material for lithium-ion batteries. The structural and morphological features of the Sb–Co–P alloy were characterized by powder X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The as-prepared alloy electrode exhibits a high specific capacity and an excellent cycleability. The initial discharge and charge capacities of the Sb–Co–P alloy anode were measured 700 and 539 mA h g⁻¹, respectively. The results suggest that the Sb–Co–P alloy material obtained by the electrodeposition shows a good candidate anode material for lithium-ion batteries.