不同形貌碳纳米管的制备及其嵌锂性能研究

以乙炔作为反应气 ,用化学气相沉积法 (CVD)和模板法在不同温度 (60 0℃、70 0℃ )下制备了不同形貌的碳纳米管 ,并采用TEM ,HRTEM ,SEM ,XRD ,Raman和充放电实验方法研究其形貌、结构和电化学嵌锂性能 .结果表明 ,不同的制备方法及反应温度对碳纳米管的形貌、结构特征和电化学嵌锂性能均有明显的影响 .在制备的样品中 ,制备温度越低 ,样品的石墨化程度越差 ,可逆嵌锂容量相应越高     

纳米碳管的电化学贮锂性能

用透射电镜、高分辩透射电镜、X射线衍射和拉曼光谱表征了用催化热解法制备的纳米碳管的结构,研究了纳米碳管的电化学嵌脱锂性能.以纳米级铁粉为催化剂热解乙炔气得到的纳米碳管石墨化程度较低,结构中存在褶皱的石墨层、乱层石墨和微孔等缺陷,具有较高的贮锂容量,初始容量为640mAh/g,但循环稳定性较差.而以纳米级氧化铁粉为催化剂热解乙烯得到的纳米碳管结构比较规则,循环稳定性较好,但贮锂容量较低,初始容量为282 mAh/g.讨论了纳米碳管的结构对其温度特性和不同电流密度下的充放电容量的影响.     

多孔炭模板法制备Li4Ti5O12及其嵌锂行为

采用水合氧化钛溶胶为原料, 多孔炭为模板剂, 设计制备了一种新型准纳米晶锂钛复合氧化物, 并用SEM、XRD、恒流充放电及交流阻抗测试表征了材料的形貌、结构和电化学性能. 结果表明, 该氧化物晶粒尺寸约200 nm, 为典型的尖晶石Li4Ti5O12结构. 在0.5C(1C=0.2 mA·cm-2)电流条件下的首次嵌脱锂效率为99.8%, 嵌脱锂电位平坦, 可逆容量为117 mAh·g-1; 当电流从0.5C增至5C时, 其可逆嵌锂容量仍在100 mAh·g-1以上, 容量保持率大于86%, 倍率充放电性能优异. 交流阻抗测试结果表明, 模板剂多孔炭的应用使合成的尖晶石Li4Ti5O12具有更佳的导电性能, 且多孔特征明显.     

TiO2纳米管阵列制备及其电化学嵌锂性能研究

本文研究了TiO2纳米管阵列制备及其嵌锂电化学性能.采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列.利用XRD、SEM、恒电流充放电、CV、EIS等手段.对所制备TiO2纳米管阵列的结构、形貌进行了分析表征及电化学性能测试.实验结果表明,制备出的TiO2纳米管阵列薄膜具有很好的循环性能.首次嵌锂容量达73.3 μAh·cm-2...     

Sn-Sb合金的氢电弧等离子体法制备及其电化学性能

采用氢电弧等离子体方法成功地合成了锡锑合金纳米颗粒, 通过TEM、XRD、恒电流充放电测试等手段研究了其形态、结构及电化学行为. 结果表明: 锡锑合金纳米颗粒为球形形貌, 颗粒平均直径为138 nm, 由Sn和SnSb两相组成；经电化学性能测试, 该锡锑纳米颗粒首次嵌锂容量高达930 mAh•g−1, 可逆容量为701 mAh•g−1, 20次循环后容量仍为566 mAh•g−1, 容量保持率为81％. 用氢电弧等离子体方法制备的Sn-Sb合金纳米材料是有希望的锂离子电池负极材料.     

包覆型Si/C复合材料的制备及其性能研究

分别采用球磨法和高温热解法制备了Si/C复合材料,XRD、SEM、电化学阻抗谱、循环伏安法和恒流充放电测试表征该Si/C复合材料的结构、形貌和电化学性能.结果表明,相比于球磨法,高温热解HDPE制备的Si/C复合材料颗粒形貌规则,碳的包覆较为均匀,导电性较好,阻抗较小.该复合材料首次嵌锂容量为4495 mAh/g,首次库仑效率65.3% ,从第2周开始库仑电效率都保持在97% 左右,经过100次充放电循环后仍能达到438 mAh/g的可逆容量,具有较好的电化学循环稳定性.     

纳米微晶TiO2合成Li4Ti5O12及其嵌锂行为

用溶胶-凝胶法并经热处理制备不同形态和晶体尺寸的TiO2，分别与Li2CO3高温固相反应生成锂钛复合氧化物，经电化学测试发现,用300 ℃热处理所得纳米微晶TiO2制备的Li4Ti5O12具有良好的嵌锂性能，其可逆比容量大于95 mA•h•g－1，充放电效率近100％，循环性能良好，电压平台平稳,在嵌锂至容量≥85％或脱锂至容量≥90％时均有明显的电压变化，可用作锂离子电池负极材料.     

花状NH4V4O10微纳米结构的水热制备及电化学嵌锂性能

通过水热法制备了花状NH4V4O10微纳米结构. 采用XRD,SEM,TEM,XPS等测试手段对样品结构、形貌和组成进行了表征. 实验结果表明,所制得的NH4V4O10花状结构是由直径约100 nm,长度为几微米的纳米带团簇而形成. 研究了反应体系中温度、时间等因素对NH4V4O10产物形貌的影响. 将制备的NH4V4O10组装成锂模拟扣式电池,考察了其电化学嵌锂性能. 研究结果显示,所制备的花状NH4V4O10具有较高的比容量（307 mAh?g-1）,有望作为锂离子电池的新型正极材料.     

5 V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成与Li+在材料中的扩散性能

使用草酸盐共沉淀法合成了5 V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,研究了不同温度下合成的材料结构形貌与电化学性能之间的关系。结果表明,在900℃下合成的样品电化学性能最好,可逆放电容量达到133.0 mAh?g-1,经30周循环后,容量仍然保持在132.2 mAh?g-1,容量保持率高达99.4%。使用恒电位间歇滴定法(PITT)测定了锂离子在LiNi0.5Mn1.5O4材料中的扩散系数。结果表明,在LiNi0.5Mn1.5O4材料放电过程中,在不同电位嵌锂量不同,发生反应的氧化还原电对也不同,锂离子的扩散系数在不同的电位下也会有差别,扩散系数在10e-10 cm2?s-1~10e-11 cm2?s-1范围内变     

锂离子电池电极材料研究进展

本文综述了锂离子电池中正、负电极材料的制备、结构与电化学性能之间的关系。正极材料包括嵌锂的层状L ixMO 2 和尖晶石型L ixM 2O 4 结构的过渡金属氧化物(M =Co、N i、M n、V ) , 负极材料包括石墨、含氢碳、硬碳和金属氧化物。侧重于阐述控制锂离子电池循环过程中可逆嵌锂容量和稳定性的嵌锂电极材料的结构性质。给出118 篇参考文献。     

Effects of ultra-high temperature treatment on the microstructure of carbon fibers

The microcrystalline structure and microvoid structure in carbon fibers during graphitization process(2300-2700 °C) were characterized employing laser micro-Raman scattering(Raman), X-ray diffraction(XRD), small angle X-ray scattering(SAXS), and high-resolution transmission electron microscopy(HR-TEM). The crystalline sizes(L_a, L_c) increased and interlayer spacing(d_(002)) decreased with increasing heat treatment temperature(HTT). The microvoids in the fibers grew up and contacted to the neighbors with the development of microcrystalline. In addition, the preferred orientation of graphite crystallite along fiber axis decreased and microvoids increased. The results are crucial for analyzing the evolution of microstructure of carbon fibers in the process of heat treatment and important for the preparation of high strength and high modulus carbon fibers.     

交联剂的引入对碳负极材料性能的影响

研究了引入的交联剂二乙烯基苯对作为锂离子二次电池负极材料的聚合物裂解碳性能的影响.结果表明交联剂引入到聚丙烯腈中后,在热处理过程中有利于该聚合物的碳化,导致层间距d002减少及石墨微晶尺寸增加;交联剂的固定作用使碳材料的有序性得到了提高;同时微孔数目也得到了增加.这些因素的影响导致了聚合物裂解碳的可逆储锂容量随交联剂的量的增加而提高.对于别的加聚物如聚4乙烯吡啶而言,同样也使所得到的聚合物裂解碳的可逆储锂容量得到了提高.最大可逆容量可达600mAh·g-1.     

一步法溶剂热催化合成纳米碳纤维

利用四氢呋喃为溶剂和碳源,通过溶剂热催化方法在500 ℃一步合成了纳米碳纤维,X-射线衍射（XRD）分析显示此法合成的碳纤维晶型为碳的六方石墨相,场发射电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)照片进一步表明碳纤维平均直径为100 nm,长度达几百纳米至几微米,高分辨电镜照片揭示产品中碳的晶间距为0.34 nm;产品纯度通过热重法（TGA）分析;同时,拉曼光谱图显示在1 347和1 584 cm^-1处有2个强峰,这与石墨相碳的典型拉曼光谱图是一致的。     

热解过程中煤焦微晶结构变化及其对煤焦气化反应活性的影响

利用XRD技术考察了热解温度及升温速率对煤焦微晶结构的影响；使用Shi等的方法计算了煤焦微晶结构参数，获取了950℃～1400℃气化炉下煤焦微晶结构的特征及变化规律；结合热重分析得到了热解温度相关参数影响煤焦气化活性的机理。研究表明，热解温度升高，堆垛高度（Lc）明显增大而微晶尺寸（La）变化不大，说明煤焦基本晶格单元主要是进行纵向的接合缩聚，而晶格并没进行明显的内部生长，煤焦的微晶结构随热解温度的提高向有序化发展，但没达到石墨化的程度；慢速热解煤焦的气化反应活性明显低于相同温度下快速热解煤焦，慢速热解中，由于煤焦在高温下停留时间较长，而使煤焦微晶进行结构重整而变得更加有序，芳香单元失去边缘活性位，煤焦气化活性降低。     

XRD和Raman法评估热解气氛中H_2和CO对半焦化学结构的影响

采用XRD和Raman光谱分析方法研究了神木煤在热解主要温度区间(450-750℃)及在三种热解气氛(N_2、含H_2及含CO)下的化学结构演变规律,并比较了两种方法所获结构参数的相关性。结果表明,原煤在N_2气氛下热解制备的半焦,其炭微晶尺寸在横向上不断增长,纵向上层面间距逐渐增大,堆垛高度在650℃左右剧烈转变; Raman参数A_(D_1)/A_G增加,而A_G/A_(all)降低,表明半焦有序性结构比例降低。热解气氛中的H_2促进了炭微晶结构的纵向发展,提高了小分子基团的转化程度,使得半焦有序化程度升高。热解气氛中的CO对炭微晶结构参数影响小于H_2气氛,但在700℃以下,CO因析炭作用产生的致密炭颗粒包裹于半焦表面,导致半焦炭有序化程度提高。半焦的L_c与A_G/A_(all)及d_(002)与A_(D_1)/A_G之间存在一定相关性; L_a与A_(D_1)/A_G呈较好的正相关性。     

热处理对富氮碳纳米纤维结构及储锂性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)为原料,经静电纺丝、稳定化和碳化,制备了碳纳米纤维(CNFs)。系统地研究了氮的种类及含量对锂离子电池(LIBs)中Li+的储存性能和负极容量的影响。碳化过程中纤维从无定形碳向石墨化碳结构转变,含氮官能团减少,结构的变化对Li+在CNFs电极中的存储位置有很大的影响。结果表明,Li+不仅可以存储在石墨化碳层之间,还可以存储在氮功能化引起的缺陷部位,后者主要是由于碳材料的氮掺杂而使LIBs的电化学性能改善。碳化温度为600℃时,可以产生足够高的氮含量,从而提高电极的容量。在电流密度为0.1 A·g^-1时,循环200次之后比容量高达560 mAh·g^-1,即使在1 A·g^-1的高电流密度下,循环1000次比电容量仍然保持在200 mAh·g^-1。     

前驱体分子结构对聚糠醇基碳膜微结构及气体分离性能的影响

分别以草酸(OA)和碘(I)两种催化剂合成聚糠醇(PFA)前驱体制备气体分离碳膜. 采用TG, FTIR和XRD对其微结构进行研究, 并通过纯组分气体的渗透实验对碳膜的分离性能进行了探讨. 研究结果表明, 在热解过程中, 两种结构的聚糠醇都是通过脱氧、重排、环化、芳构化等热分解和热缩聚反应逐渐转化为无定形的乱层碳结构, 但热分解反应过程明显不同, 所形成碳膜微结构的差异也很大. 草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜的微晶Lc值比碘催化剂制备碳膜的大, 而d(002)和La值则比后者的小, 表明草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜碳微晶片层数多、排列规则、结构缺陷和孔隙均小于碘催化剂制备的聚糠醇碳膜, 而且其气体分离选择性较高、渗透通量较小, 表明聚糠醇的分子结构对所制备碳膜的微结构及气体分离性能有很大影响.     

快速热处理石油焦与煤的微观结构变化及气化活性分析

为了研究在接近工业气化条件下石油焦和煤的结构和气化活性变化规律的差异,在滴管炉装置内,800~1 400℃对两种石油焦和一种烟煤进行快速热处理。用比表面积孔隙分析仪、XRD分析仪考察快速热处理对石油焦和煤的孔隙结构、碳微晶结构的影响,用热重分析仪考察不同温度快速热处理后石油焦和煤的CO₂气化活性。结果表明,石油焦与煤相比,孔隙结构主要由微孔组成,随快速热处理温度的升高,石油焦和煤微孔比表面积和孔容均先增大后逐渐减小;快速热处理降低了石油焦和煤的石墨化程度,石油焦碳微晶结构变化主要表现在堆垛高度的变化,而煤的碳微晶结构变化在衍射峰对应的2θ₀₀₂值、晶面间距和堆垛高度上均有体现;石油焦和煤的气化活性随快速热处理温度升高的变化趋势不同,但均与碳微晶结构参数(石墨化程度)的变化紧密相关。     

天然气和甲烷固体氧化物燃料电池中的Ni-LCCM-GDC阳极性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了纳米粉体La_1-xCe_xCr_0.5Mn_0.5O_3-δ(x=0.05,0.10,0.15,0.20)(LCCM),并采用共压-共烧结法制备了以复合阳极Ni-La_0.9Ce_0.1Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ-Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ(GDC)为支撑、GDC为电解质、La_0.8Sr_0.2Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(LSCF)-GDC为复合阴极的单电池。利用XRD和SEM等方法对阳极材料进行了晶相结构、化学相容性、微观形貌分析。在500~750 ℃范围内,分别以湿天然气(3% H₂O)和甲烷为燃料气,氧气为氧化气测试了单电池的电化学性能,同时检测了以甲烷为燃料气的阳极尾气组成。结果表明：复合阳极材料具有良好的化学相容性;阳极和阴极具有较好的孔隙结构。以天然气和甲烷为燃料气的单电池在700 ℃时最大电流密度分别为131.96 mA·cm^-2,162.36 mA·cm^-2; 最大比功率分别为28.61 mW·cm^-2,31.03 mW·cm^-2。在500~750 ℃范围内阳极尾气中均检测出CO,CO₂,在700 ℃时CO,CO₂含量达到最大值,分别为2.39254%,6.20891%。