EDTA辅助合成Li_2MnSiO_4/C纳米复合锂离子电池正极材料及性能

以乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂,采用溶胶凝胶和溶剂热法相结合的方法合成了Li2MnSiO4/C纳米复合正极材料。经过EDTA配位的锂锰硅前驱体在氩气中经过700℃煅烧后,产生为颗粒尺寸约为50 nm的Li2MnSiO4/C纳米复合粉体。在0.1C=33mA·g-1进行充放电测试时,其首次充电和放电比容量分别为223和140 mAh·g-1,第5次循环放电比容量仍为138 mAh·g-1;电流密度升至0.2C=66 mA·g-1时,在第20次循环的放电比容量仍可稳定在80 mAh·g-1左右。这些结果表明,EDTA的配位作用可抑制杂相的形成,这种分散性相对较好的纳米复合粉体Li2MnSiO4正极材料表现出提高的循环稳定性。     

Ni2P@CoP3核壳纳米球的制备、表征及其用于超级电容器性能

利用水热技术先后获得Ni纳米球和Ni@Co(OH)_2海胆状核壳纳米球前驱体,通过高温煅烧法获得NiO@CoO核壳纳米球,再以次磷酸钠为原料,通过高温磷化法最终获得Ni_2P@CoP_3核壳纳米球。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高角度环形暗场像扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)对产物的形貌、结构和组成进行表征。采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)以及循环稳定性实验探索了电极材料的电化学性能。结果表明,Ni_2P@CoP_3核壳纳米球的直径约为400 nm,由六方系Ni_2P纳米核和立方相CoP_3纳米壳构成。相比单纯的Ni_2P或CoP_3纳米球,Ni_2P@CoP_3核壳纳米球发挥了复合结构的协同效应,更加有利于电解液的质子传递,促进了赝电容反应,表现出更高的比容量、稳定性和更长的循环寿命。     

Nd3+掺杂对LiFePO4结构及电化学性能的改善

采用两步加热高温固相法合成了掺杂Nd3+的LiFe1-xNdxPO4/C复合材料(x=0,0.01,0.02,0.04,0.06,0.08).用TG-DSC对前驱体进行分析和SQUID(超导量子干涉仪)对样品中Fe3+的磁性测定,优化了合成工艺条件;采用XRD、FE-SEM、EDS等方法分析了样品的结构并对其电化学性能进行了测试.结果表明:LiFe1-xNdxPO4/C复合材料具有橄榄石型结构;当Nd3+的掺杂量6%(物质的量分数)、煅烧温度700℃、煅烧时间16h时,样品在0.2C(1C=170.0mA·g-1)电流密度下的最大放电比容量可达165.2mAh·g-1,循环100次后的容量保持率仍为92.8%,在1C、2C、5C下的最大放电比容量分别为146.8、125.7和114.8 mAh·g-1.通过测定样品在不同较低倍率下的放电比容量,采用外推法得出制备样品的实测理论比容量为168.7 mAh·g-1.     

基于3D受限自组装构筑中空介孔氧化硅/碳复合微球

发展简单、高效、可控的方法来制备中空介孔微球是介孔材料领域的研究热点.本工作结合嵌段共聚物的三维受限自组装(3D-CSA)和自模板碳化策略,建立了一种构筑中空介孔微球的新方法 .首先,采用乳液-溶剂挥发法实现嵌段共聚物与全氟辛烷(PFO)在3D受限空间的分级组装,获得了核-壳结构微球,其中壳层由微相分离的嵌段共聚物构成.然后,在壳层的连续相选择性地复合氧化硅,既实现了无机框架的负载,又实现了对连续相聚合物链选择性交联.对复合微球进行煅烧处理后,实现了壳层连续相聚合物的选择性碳化,获得了中空介孔氧化硅/碳复合微球.本研究系统地阐述了核-壳型分级结构微球的形成机理和必备条件,研究了氧化硅前驱体添加量和嵌段共聚物分子量对中空介孔氧化硅/碳复合微球形貌的影响,为制备中空介孔微球材料提供了一种简便、可控的方法.     

溶胶-喷雾干燥法制备纳米Li3V2(PO4)3/C及其电化学性能

本文以LiOH.H2O、NH4VO3、H3PO4和柠檬酸为原料,采用溶胶-喷雾干燥法制备Li3V2(PO4)3/C正极材料,对比了喷雾前驱体直接煅烧与机械活化后煅烧的样品的结构、形貌及其电化学性能。采用XRD、SEM、BET和振实密度测试等对样品的结构、形貌等进行了表征;采用恒流充放电、CV和EIS等手段考察了材料的电化学性能。结果表明,溶胶-喷雾干燥得到的样品为多孔球壳形,其壳体由厚度为100 nm左右的纳米片组成,经机械活化后煅烧保持保持了其纳米片结构,其结晶度与振实密度改善较明显,电化学性能较优异。0.1C放电比容量为123.6 mAh.g-1,10C和20C高倍率放电比容量还高达107.8和106.0 mAh.g-1。电化学阻抗结果表明,由该方法制备的样品具有较小的电荷转移阻抗。     

单斜Li3V2(PO4)3/C复合材料的制备及其电化学性能

以LiOH·H2O、V2O5、H3PO4和蔗糖为原料,采用软化学法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对产物的结构和形貌进行表征,采用恒电流充放电、电化学阻抗考察了产物的电化学性能.结果表明.当煅烧温度达到700℃时,杂质相衍射峰消失,所得的样品为纯相的单斜Li3V2(PO4)3.颗粒粒度为1～2 μm;在3.0～4.5 V电压范围内以0.2C倍率充放电,首次放电比容量达到148.2 mAh·g-1,第50次循环比容量仍为144 mAh·g-1,容量保持率为97%,具有良好的循环性能;另外,样品还具有很好的倍率性能和高温性能.     

制备方法对模板法制备SiO_2中空微球形貌的影响

模板法是制备无机中空微球的重要方法之一.首先通过苯乙烯和甲基丙烯酸的无皂乳液聚合法制得表面含羧基、粒径为360nm的单分散聚苯乙烯(PSt)乳胶粒,并以此为模板,分别采用表面改性-前驱体水解法(PHC)和SiO2纳米颗粒层层自组装法(LBL),制备出了不同壳层厚度的PSt/SiO2核壳结构复合微球,然后经500℃煅烧4h,得到SiO2中空微球.利用透射电镜和扫描电镜对微球结构形态进行了表征.研究表明,首先利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对PSt模板微球进行表面改性、然后再在乙醇-水混合介质中进行原硅酸乙酯(TEOS)水解与缩合反应的PHC法,是制备PSt/SiO2核壳结构复合微球的简便方法,复合微球经煅烧可制得表面均匀、结构致密、壳层厚度和形貌可控的SiO2中空微球;而LBL法制备PSt/SiO2核壳结构复合微球的工艺复杂,煅烧后所得SiO2中空微球结构疏松,易于破碎.     

氨基化修饰介孔Fe3O4@SiO2@mSiO2磁性核壳复合微球的可控制备及吸附性能

以水热法制备的高磁饱和强度Fe_3O_4纳米颗粒为核,正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用改进的St觟ber法,制备介孔SiO_2包覆Fe_3O_4磁性核壳复合微球。利用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附、FTIR和VSM对制备样品的物相结构、形貌和磁性能进行了测试表征。研究结果表明,制备的复合材料呈球形,粒径分布均一,材料的比表面积和磁饱和强度分别为413 m2·g-1和68.93emu·g-1。研究了TEOS的添加量对复合微球形貌的影响,随着TEOS添加量的增加,SiO_2壳层增厚,复合粒子形貌均匀,饱和磁化强度有所下降,仍具有良好的超顺磁性。在此基础上,通过接枝法在复合微球的表面接枝-NH2,制备了一种新型磁性纳米吸附剂(Fe_3O_4@SiO_2@m SiO_2-NH2),进而研究了其对水中重金属离子Cr(Ⅵ)的吸附性能。通过动力学拟合,Fe_3O_4@SiO_2@m SiO_2-NH2对Cr(Ⅵ)的吸附过程是准二级动力学模型占主导地位,探究了该材料对Cr(Ⅵ)的吸附过程和吸附机理。结果表明,其吸附机理及吸附容量与Cr(Ⅵ)的离子形态及-NH2有关,并通过吸附剂与吸附质之间的电子共用或静电吸附实现。     

新型碳热还原法制备复合正极材料LiFePO4/C

以FePO4为前驱体,采用碳热还原法合成了复合正极材料LiFePO4/C。考察了煅烧温度、煅烧时间,碳含量等因素对LiFePO4组成和电化学的影响,结果表明,600℃煅烧24 h,碳含量为10%时,LiFePO4具有最佳的电化学性能,其首次放电容量为146 mAh.g-1,循环15次后容量还维持在141 mAh.g-1。     

前驱体对三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响

目前,工业产品的三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2通常使用间接共沉淀和高温固相烧结相结合的方法.共沉淀制得的氢氧化镍钴锰前驱体,其形貌和粒径分布等直接影响着三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的性能.使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征和观察材料晶体结构和表面形貌,并测试粒径分布、振实密度和电化学性能,考察三种前驱体对制得的三元材料的影响.研究结果表明,前驱体的粒径分布直接影响材料的物理性能,表面有大量微孔而又致密的球形是较理想的前驱体形貌;焙烧后可得到结晶度高的材料,0.2C全电池放电比容量达到156.4 mAh·g-1,循环寿命优异,300周期循环其容量基本不衰减,500周期循环后容量保持率高达92%.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

具备高首周库仑效率的高性能锂离子电池负极材料Li2Ni2(MoO4)3@C的制备

采用常规的固相反应法结合机械球磨制备了含碳质量分数23.7%的Li₂Ni₂（MoO₄）₃@C复合材料,并应用于锂离子电池负极。与纯Li₂Ni₂（MoO₄）₃相比,Li₂Ni₂（MoO₄）₃@C具有优异的电化学性能,在电流密度为200 mA·g^-1时,50周循环后,可逆容量高达845 mAh·g^-1。值得注意的是,Li₂Ni₂（MoO₄）₃@C的首周库仑效率高达85%。此外,运用循环伏安法对Li₂Ni₂（MoO₄）₃@C复合物存储锂行为进行了初步探索。     

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。     

二维层状Ti3C2Tx-MXene@VS2用于高性能锂离子电池负极

为探索一种高性能的锂离子电池负极材料,采用酸刻蚀法制备了高导电性、高稳定性的二维层状Ti₃C₂T_x,通过溶剂热法制备了具有高理论比容量的花瓣状VS₂纳米片,再经过简单的液相混合得到了二维层状Ti₃C₂T_x-MXene@VS₂复合物。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和能谱分析对复合材料的形貌和结构进行了表征,采用循环伏安、恒流充放电、长循环和交流阻抗谱对复合材料的电化学性能进行了研究。结果表明：VS₂纳米片均匀地分布在Ti₃C₂T_x的层间及表面,该复合物具有高的可逆容量(电流密度为0.1A·g^-1时,比容量为610.5mAh·g^-1)、良好的倍率性能(电流密度为2A·g^-1时,比容量为197.1mAh·g^-1)和良好的循环稳定性(电流密度为0.2 A·g^-1时,循环600圈后比容量为874.9 mAh·g^-1;电流密度为2 A·g^-1时,循环1 500圈后比容量为115.9mAh·g^-1)。     

Preparation of hollow layered MoO3 microspheres through a resin template approach

Hollow layered MoO₃ microspheres were obtained by the adsorption of 12-molybdodiphosphate onto the surface of a spherical anion exchange resin followed by calcination of the resulting 12-molybdodiphosphate-resin composite. The conductivity of the sphere shell can be improved by intercalating polyaniline between layers of MoO₃ particles in the sphere shell.     

Ti3C2Tx/MnO2正极在水系锌电池中的电化学性能

二氧化锰(MnO₂)材料具有比容量大、电极电位高、储量丰富以及价格低廉等优势,成为水系锌电池正极最受关注的一类材料,然而其仍然存在着结构稳定性差和电化学储存机理复杂的问题。因此,我们通过两步合成法制备了一种花苞状结构的MnO₂负载在Ti₃C₂T_x表面形成Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料,通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对复合样品的结构、成分和形貌进行表征。通过将Ti₃C₂T_x/MnO₂复合材料作为正极,与锌负极匹配组装成水系锌电池,研究了其分别在2 mol·L^-1 ZnSO₄、2 mol·L^-1 ZnSO₄+0.1 mol·L^-1 MnSO₄、30 mol·L^-1三氟甲基磺酸四乙基铵(TEAOTf)+1 mol·L^-1三氟甲烷磺酸锌(ZnOTf)和3 mol·L^-1 ZnOTf四种电解液中的电化学性能。结果表明,Ti₃C₂T_x/MnO₂在2 mol·L^-1 ZnSO₄中的比容量较高,但循环稳定性很差。将TEAOTf盐和ZnOTf盐共溶于水中,设计了一种新型的含惰性阳离子的超高浓度盐包水电解液(30 mol·L^-1 TEAOTf+1 mol·L^-1 ZnOTf),不仅提高了Ti₃C₂T_x/MnO₂材料的可逆性,而且有效抑制了电极材料在循环过程中的溶解。     

溶胶-凝胶法合成Li1-xNaxMn2O4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na⁺离子掺杂的Li_1-xNa_xMn₂O₄(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na⁺取代Li⁺进入Li_1-xNa_x Mn₂O₄晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_0.97Na_0.03Mn₂O₄在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn₂O₄从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na⁺离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li_0.97Na_0.03Mn₂O₄仍有79.0 mAh·g^-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 mAh·g^-1。Na⁺离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn₂O₄的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

溶胶-凝胶法合成Li_(1-x)Na_xMn_2O_4及其作为水系锂离子电池正极材料的电化学性能

用溶胶凝胶法合成了Na+离子掺杂的Li_(1-x)Na_xMn_2O_4(x=0,0.01,0.03,0.05)。X射线衍射图表明Na+取代Li+进入Li_(1-x)Na_xMn_2O_4晶格中,扫描电镜图看出产物是粒径为100~300 nm的颗粒。恒流充放电测试结果表明,Li_(0.97)Na_(0.03)Mn_2O_4在2C倍率下循环100圈后放电容量保持率比未掺杂的LiMn_2O_4从51.2%提升到84.1%。循环伏安测试表明Na+离子掺杂降低了材料极化且增大了锂离子扩散系数。10C倍率下Li0.97Na0.03Mn2O4仍有79.0 m Ah·g-1的放电容量,高于未掺杂样品的52.1 m Ah·g~(-1)。Na+离子掺杂可以稳定材料结构并提高锂离子扩散系数,从而提高LiMn_2O_4的电化学性能,是一种可行的改性方法。     

MoO3纳米带/RGO复合材料的制备及其电化学性能研究

以水杨酸为模板剂和还原剂,采用水热法制备得到了一种MoO₃纳米带/RGO复合材料。利用XRD、SEM、TEM、拉曼光谱、恒流充放电、交流阻抗等手段对样品的结构、形貌以及电化学性能进行表征。测试结果表明,MoO₃纳米带/RGO复合材料作为锂离子电池负极材料,在50mA·g^-1的电流密度下可逆比容量为1000mAh·g^-1,循环50次后比容量还保持在950mAh·g^-1,相比于MoO₃纳米带其容量保持能力和循环性能得到了显著改善。