α-Fe2O3/C复合材料的制备及性能研究

采用高温固相反应法制备α-Fe2O3/C复合材料,运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、电化学阻抗谱对其结构和电化学性能进行了表征.充放电测试结果显示,α-Fe2O3/C复合材料循环50周时可逆充电容量为935.3 mAh?g-1,循环性能较商品化α-Fe2O3有显著改善.电化学阻抗谱测试结果显示,α-Fe2O3/C复合材料电极在首次嵌锂过程中分别出现了锂离子通过固体电解质相界面膜(SEI膜)的迁移、材料的电子电导率、电荷传递过程相关的半圆,并详细分析了它们的变化规律.     

球磨微波法制备Li3V2（PO4）3/C及其电化学性能表征

本文采用球磨微波法合成锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C,并研究了微波辐射时间对样品电化学性能的影响.结果表明,640 W微波辐射18 min合成的材料,结晶度高,粒径小而均匀.该电极5C倍率下首次放电比容量达101.3 mAh·g-1,300周期循环,其放电比容量仍保持100.8 mAh·g-1,展示出良好的应用前景.     

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xZnxO2(x=0,0.02,0.05)正极材料.循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V,电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266Ω减小到102Ω. Li+嵌入扩散系数从1.20×10-11 cm2·s-1增大到2.54×10-11 cm2· s-1. Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定,其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g-1,室温下循环100周后容量几乎没衰减;高温(55°C)下充放电循环100周,其放电比容量平均每周仅衰减0.20%,远小于其他两种正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2平均每周衰减0.54%;Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Zn0.05O2平均每周衰减0.38%). Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g-1,高于其他两种正极材料.电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗,增大了锂离子扩散系数     

MoO3 /SiO2复合正极材料的制备及电化学性能研究

本文通过化学沉淀-热处理方法制备了MoO3正极材料,并通过正硅酸乙酯(TEOS)的水解在MoO3的表面包覆SiO2得到MoO3/SiO2复合正极材料[wSiO2/wMoO3=8%],对制备材料的结构和电化学性能进行了表征。结果表明,得到的MoO3为纯的正交相结构,片状MoO3的粒径大小约200～500 nm,厚度约50 nm。片状颗粒倾向于堆积在一起形成层状结构。在MoO3的表面包覆了一层无定形的SiO2。在电压范围1.5～4.0 V的条件下,以0.1C倍率进行恒电流充放电测试,MoO3/SiO2样品的首次放电容量为332.7 mAh.g-1,库仑效率87.6%。循环20次后,放电容量降为277.7 mAh.g-1。SiO2的包覆降低了MoO3正极材料的初始容量,但循环性能得到了提高。     

Li3V2(PO4)3/C和Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C的结构和电化学性能的比较研究

采用溶胶-凝胶法合成了锂离子正极材料Li3V2(PO4)3/C(LVP/C)及Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C,并用XRD、循环伏安及交流阻抗等方法,研究了大量Na+掺杂对材料结构和电化学性能影响。结果表明,大量钠离子的掺杂会使LVP结构由单斜向菱方转变。掺杂化合物Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C在0.5 C充电1 C放电时,首次放电容量为118 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为92.4%,并发现与单斜LVP存在多个放电平台不同,Li2.5Na0.5V2(PO4)3/C仅在3.7 V处有一个放电平台。     

钼掺杂Li3V2（PO4）3/C正极材料的制备及其电化学性能研究

以Li2CO3、NH4H2PO4、V2O5和MoO3为原料,柠檬酸为络合剂和碳源,采用溶胶-凝胶法制备了锂离子正极材料Li3MoxV2-x(PO4)3/C(x=0.01,0.02,0.03).X射线衍射(XRD)表明,合成的材料具有单一的单斜晶系结构,空间群为P21/n.扫描电镜(SEM)显示Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C具有均一的表面形貌.恒流充放电测试表明,当x=0.02时,掺杂后的Li3Mo0.02V1.98(PO4)3具有最佳的电化学性能.在1C倍率下,3.0～4.3 V电位区间,Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C的首次放电比容量达到122.3 mAh.g-1,循环50周之后,容量没有衰减的迹象;而当x=0、0.01和0.03时,首次放电比容量仅分别为117.1、115.1和116.0 mAh.g-1.在3C和5C倍率下,样品Li3Mo0.02V1.98(PO4)3/C仍能保持优异的循环稳定性.     

介孔碳/硫复合材料与室温钠硫电池

通过熔融扩散法合成了一系列不同含硫量的有序介孔碳(CMK-3)/硫复合材料(C x Sy).使用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测定仪(BET)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析、表征和观察样品.将复合材料组装成钠硫电池,室温下测试电化学性能.循环伏安(CV)曲线结果表明,室温钠硫电池在1.61 V处有一个还原峰,对应于Na2Sx(x=2~5)的形成;在1.82 V和1.95 V分别有一个氧化峰,对应于Na2Sx(x=2~5)的分解.50%(by mass,下同)硫含量(C1S1)电极0.05C(1C=558 mA·g-1)倍率首周放电容量500 mAh·g-1,50周期循环比容量为305.6 mAh·g-1.交流阻抗数据拟合计算其表观活化能为21.83 kJ·mol-1.本研究可为室温钠硫电池多孔电极材料的研究提供一定的指导作用.     

石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备及电化学性能

采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn2O4纳米晶和石墨烯纳米片,并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料,利用XRD、SEM、AFM等对其结构及表面形貌进行表征;利用CV、充放电、EIS研究纳米复合材料的电化学性能和电极过程动力学特征。结果表明:纳米LiMn2O4电极材料及其石墨烯掺杂纳米复合材料的放电比容量分别为107.16 mAh.g-1,124.30 mAh.g-1,循环100周后,对应容量保持率为74.31%和96.66%,石墨烯可显著改善尖晶石LiMn2O4电极材料的电化学性能,归结于其良好的导电性。纳米复合材料EIS上感抗的产生与半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面所造成局域浓差有关,并提出了感抗产生的模型。     

LiTi2(PO4)3/C 复合材料的制备及电化学性能

采用聚乙烯醇(PVA)辅助溶胶-凝胶法合成了具有Na+超离子导体(NASICON)结构的LiTi2(PO4)3/C复合材料.运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等对其结构形貌和电化学性能进行表征.实验结果表明:合成的LiTi2(PO4)3/C具有良好的NASICON结构,首次放电容量为144mAh·g-1.电化学阻抗谱测试结果显示,LiTi2(PO4)3/C复合材料电极在首次嵌锂过程中分别出现了代表固体电解质相界面(SEI)膜及接触阻抗、电荷传递阻抗和相变阻抗的圆弧,并详细分析了它们的变化规律.计算了Li+在LiTi2(PO4)3中嵌入/脱出时的扩散系数,分别为2.40×10-5和1.07×10-5cm2·s-1.     

Li2FeSiO4/C正极材料的固相合成及电化学性能

以偏硅酸锂、草酸亚铁为原料,通过机械球磨-固相烧结法制得了Li2FeSiO4/C正极材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征观察材料的结构和形貌.恒流充放电测试电极电化学性能.结果表明,30oC下1.5~4.8 V电位范围,于10 mA·g-1电流密度恒流充放电测试,Li2FeSiO4/C电极首次放电容量达167 mAh·g-1,有良好的电化学性能.     

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及其电化学性能

以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2(2)和Li2CO3为原料,在空气气氛中,经过高温热处理工艺制备了高结晶度的锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(1)。正交试验确定最佳工艺条件为:2 0.3 mol,n(Li):n(2)=1.2,于950℃反应13 h。电化学性能研究结果表明,在2.7 V～4.6 V,电流密度16 mA.g-1时,1的首次放电比容量为203.4 mAh.g-1;经16 mA.g-1循环2次,32 mA.g-1循环9次,80 mA.g-1循环20次后放电比容量为164.1 mAh.g-1。     

Na掺杂对LiFePO4/C复合正极材料的结构和倍率性能的影响

以Fe(NO3)3,LiNO3,NH4H2PO4和NaNO3为原料,采用简单的液相-碳热还原法合成Li0.97Na0.03FePO4/C复合正极材料.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电等测试技术研究了材料的结构及倍率充放电性能.通过循环伏安(CV)曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究电极反应过程中的动力学特点.结果表明,Na掺杂形成了具有橄榄石结构的Li0.97Na0.03FePO4固溶体,并增大了晶格中Li+一维扩散通道,使LiFePO4/C的电荷转移电阻减小了约2/3,Li+扩散系数提高了3～4倍.因此,Li0.97Na0.03FePO4/C首次放电比容量在0.1 C和2 C倍率下分别达到152 mAh g-1和109 mAh g-1,比未掺杂的LiFePO4/C的放电比容量分别提高了4.83%和62.69%.     

YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2正极材料的性能

富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料颗粒尺寸在100～200 nm范围,YF3包覆不会改变材料结构和形貌.电化学恒流充放电测试表明,YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2电极的比容量,尤其倍率比容量明显提高.60 mA·g-1电流密度下包覆电极材料30周循环后其比容量保持在220 mAh·g-1以上,1500 mA·g-1电流密度下其比容量仍可达150 mAh·g-1.电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,YF3包覆电极电荷转移电阻和扩散阻抗均明显降低,有利于电化学性能改善.     

水溶-蒸发法制备LiFePO4/C及其电化学性能研究

由LiH2PO4和FeC2O4.2H2O作原料、柠檬酸为碳源,用水溶-蒸发法制备了LiFePO4/C正极样品.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析、观察样品.用充放电曲线和电化学交流阻抗(EIS)谱图测试LiFePO4/C电极.结果表明,700℃焙烧的LiFePO4/C样品(碳量3.03%,by mass)结晶度高、无杂相、颗粒粒径100 nm,其表面包覆约5 nm碳层.该电极0.5C、2C、5C和10C(1C=170 mA.g-1)倍率放电,其比容量分别为148.2 mAh.g-1、142.4 mAh.g-1、127.4 mAh.g-1和108.5 mAh.g-1,循环寿命曲线稳定.     

PAni/Si/G/C复合材料的制备及电化学性能

通过球磨及高温固相法制得了Si/C复合材料,并氧化合成聚苯胺包覆于硅碳复合材料的表面. 采用XRD、SEM、红外和热重分析观察复合材料形貌、分析样品结构,循环伏安法和充放电测试表征PAni/Si/G/C电极电化学性能. 结果表明,PAni/Si/C复合材料表面覆盖了较为完整的片层状结构的聚苯胺膜,可逆容量高达784 mAh.g^-1,50次周期循环后,嵌锂容量保持在690 mAh?g-1.     

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.     

从SiCl4合成多孔硅/碳复合材料及储锂性能研究

以Li13Si4和SiCl4为原料,通过简单的机械球磨法合成多孔硅/碳复合材料,通过控制Li13Si4颗粒的尺寸可以有效调节产物的比表面积。分别研究了包覆碳含量、多孔硅/Super P(导电碳)比表面积以及极片活性物质负载量对多孔硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明:多孔硅/Super P比表面积为100.9 m2·g-1,化学气相沉积(CVD)包覆碳含量为25.3wt%(约6 nm厚)的复合材料具有最高的电化学活性,在300 mA·g-1的电流密度下,循环可逆比容量达到1 900 mAh·g-1,50次循环后容量仅衰减7.6%。     

流变相法制备倍率性能优异的LiFePO4/C复合材料

以月桂酸为碳源和表面活性剂,氢氧化锂、碳酸锂和醋酸锂为锂源,采用流变相法制备LiFePO4/C复合材料。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分析、恒流充放电测试、循环伏安以及交流阻抗测试等方法对复合材料进行表征。结果表明,不同的锂源对LiFePO4/C复合材料的结构和电化学性能均有很大影响,以氢氧化锂为锂源合成的LiFePO4/C材料展示出最佳的循环性能和倍率性能。该材料在0.1C下放电比容量为153.4 mAh.g-1,在大倍率10 C下,容量保持率仍可达76%,甚至10C下循环800次后,容量衰减率仅有4%,SEM结果显示该材料具有较小的粒径(～200 nm),且分布集中,有效提高了电子迁移速率,从而改进了LiFePO4/C的倍率性能。     

MoO3基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

以MoO3为基体,分别用超声分散法与碳纳米管(CNTs),化学原位聚合法与聚吡咯(PPy)复合,制备了MoO3/CNTs,MoO3/PPy和MoO3/CNTs/PPy纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM对复合材料进行物性表征,在1 mol·dm-3的HCl溶液中对MoO3,MoO3/CNTs,MoO3/PPy和MoO3/CNTs/PPy四个样品进行电化学测试。结果表明,复合材料的比容量均高于MoO3,其中,由于MoO3/PPy特殊的一维核壳结构使其具有较高的比表面积,相比较其他复合材料而言,有更好的电化学活性。该材料的最大比电容为450.8F·g-1。     

多元醇法合成纳米LiCoPO4及其电化学性能

采用多元醇法合成了高电位LiCoPO4正极材料.以甲苯为碳源,在LiCoPO4表面化学气相沉积包覆一层厚度约3 nm的导电碳层.通过XRD、SEM、TEM、CV以及恒流充放电曲线等方法分析、观察和测试样品的晶体结构、微观形貌以及电化学性能.结果表明,多元醇法合成的样品为纯相LiCoPO4,碳包覆LiCoPO4/C电极0.1C倍率首次放电容量达到132 mAh·g-1,50周期循环容量保持78%.循环伏安和微分容量曲线表明LiCoPO4/C电极的充放电过程Li+脱出和嵌入均为两步步骤.