TiO2@MWNTs纳米复合材料的制备及其储锂性能

以TiOSO4为钛源,多壁碳纳米管(MWNTs)为载体,溶剂热法制备了多壁碳纳米管/二氧化钛纳米复合材料(TiO2@MWNTs),并利用XRD,SEM,TEM,N2吸附-脱附和TG-DSC等测试手段对合成产物的结构和形貌进行表征,用恒流充放电测试研究TiO2@MWNTs纳米复合材料的储锂性能.N2吸附-脱附曲线和孔径分布曲线证实TiO2@MWNTs存在多级孔道结构以及较大的比表面积.电化学测试结果表明,与纯TiO2颗粒相比,TiO2@MWNTs纳米复合材料具有更好的容量保持率和倍率性能.在1 C倍率下,复合材料的可逆容量为200 mAh?g-1,循环100圈后容量仍达182 mAh?g-1,即使在10 C大倍率下,容量约为100 mAh?g-1左右.     

水热法合成氧化亚钴纳米粒子/石墨烯复合材料及其储锂性能研究

针对目前的锂离子电池负极材料存在比容量低、循环稳定性差等问题,本工作发展了简单、有效的方法合成氧化亚钴纳米粒子与石墨烯的复合材料（CoO/RGO）.采用氧化石墨（GO）和Co（NO₃）₂作为原料,先用水热路线制备了前驱体,再将其在氮气气氛下热处理,最终得到CoO/RGO复合材料.存在于石墨烯表面的CoO纳米粒子可以有效地阻止石墨烯片层的聚集,同时石墨烯片层的相互连接能够形成三维的空间网络,提高复合材料的导电性.将合成的CoO/RGO复合材料作为负极,以锂片作为正极,组装成纽扣电池.电化学测试表明,在电流密度为100 mA·g^-1的条件下,初始比容量放电比容量高达1312.6 mAh·g^-1,在10000 mA·g^-1的大电流密度下,经过300圈循环后,其比容量仍然可以达到557.4 mAh·g^-1.这表明CoO/RGO复合材料具有高的比容量、优异的倍率性能及循环稳定性,这归因于3D网状结构能够避免在锂离子的嵌入/脱出过程中材料的结构被严重破坏.     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

WO_3纳米棒/石墨烯复合材料的制备及电化学储锂性能

以氯化钨和氧化石墨烯(GO)为原料,乙醇为溶剂,一步合成了WO3纳米棒/石墨烯纳米复合材料(WO3/RGO).将WO3/RGO纳米复合材料用于锂离子电池负极,并通过充放电测试、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)技术综合考察了该材料的储锂性能.结果显示,在0.1C(1C=638 mA?g-1)倍率下,复合物的首次放电比容量达到761.4 mAh?g-1,100次循环后可逆容量仍保持在635 mAh?g-1,保持率为83.4%.即使在5C倍率下容量仍高达460 mAh?g-1.由此说明,WO3/RGO纳米复合物具有优异的循环稳定性及倍率性能,可望用于高性能锂离子电池.     

红磷/石墨复合材料的制备及电化学性能

研究了一种先通过机械球磨和水热法制得的亚微米红磷,再通过球磨亚微米红磷与石墨得到的块状亚微米红磷/石墨复合材料(smRP/G),并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、循环伏安法(CV)等手段其进行了表征。 相对比普通红磷,亚微米红磷更容易通过球磨与石墨复合,能有效提升石墨材料的储锂容量。 为红磷在锂离子电池负极材料上的应用提供了一种思路。 在少量添加红磷的条件下,当红磷质量分数为3%时smRP/G表现最佳(3%smRP/G)。 在100 mA/g电流密度下展示出了1417 mA·h/g的首次放电容量,首次库伦效率67.4%。 并在循环200圈后依然保持着700 mA·h/g的可逆循环容量。     

二硫化钼-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料

采用水热方法合成了二硫化钼-碳复合材料(MoS_2-C)。使用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,氮气吸-脱附和热重分析等手段对材料进行了物性表征。研究了MoS_2-C储钠机理,将其用作有机系钠离子电容电池负极材料,组装了MoS_2-C/AC电容电池,研究了电容电池的电化学性能。测试结果显示电容电池具有较高比能量和比功率,也表现出了较好的循环稳定性,经1000次循环后容量保持率高达96%。     

Fe2O3/rGO纳米复合物的制备及其储锂和储钠性能

金属氧化物可通过电化学转换反应与锂离子及钠离子发生多电子可逆结构转换,是一类极具应用前景的高容量锂离子和钠离子电池负极材料。实验以氧化石墨烯和铁盐为前驱体,采用简单的溶剂法,成功将Fe₂O₃纳米单晶粒子均匀负载于石墨烯的导电片层上,获得Fe₂O₃/rGO(还原氧化石墨烯)纳米复合材料。复合电极在锂离子和钠离子电池中都表现出优异的充放电性能和循环稳定性。实验结果表明石墨烯的包覆不仅能降低Fe₂O₃发生转换反应的电荷传递阻抗,而且能够稳定电极在循环过程中带来的结构转变,极大改善电极大电流充放能力和循环稳定性。本研究为发展高容量的锂离子和钠离子电池负极材料提供了可行的途径。     

锂离子电池负极硅-热解碳-石墨复合材料的制备及性能

以沥青为碳前驱物,通过加热分解法制备了具有不同热解碳含量的硅-热解碳-石墨复合材料,并测试及分析了材料的形貌、结构及电化学性能。结果表明,沥青质量在320～560℃的温度区间内迅速减小,沥青质量的减小是由于氢元素的去除。经过高温分解制得的热解碳与沥青的质量比率为65%。在硅-热解碳-石墨复合材料中,硅颗粒分散在石墨表面,热解碳覆盖在硅颗粒表面,热解碳增强了硅颗粒与石墨间的界面结合力。适当含量的热解碳增大了复合材料的放电比容量且改善了循环稳定性;过量的热解碳不能进一步提升复合材料的放电容量。     

基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能

通过氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(Cs)之间的氢键以及静电作用形成GO水凝胶,从而将纳米硅颗粒和碳纳米管(CNT)原位包封于其中,再经冷冻干燥及随后的热处理制得三维硅/碳纳米管/石墨烯(Si-CNT@G)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等技术对制得样品的物相、结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,所得复合材料在CNT纵横交织的石墨烯网络中,均匀地分布着纳米硅颗粒。当作为锂离子电池的负极材料时,在两种碳介质的协同作用下,有效缓冲硅材料在充放电过程中脱/嵌锂引起的体积变化,缩短了锂离子和电子传输的距离,Si-CNT@G复合材料表现出较好的循环稳定性以及倍率性能。在500 m A·g~(-1)的充放电电流密度下,经过200圈循环后,其放电比容量仍高达673.7 m Ah·g~(-1),容量保持率高达97%;即使将充放电电流密度升至2000 m A·g~(-1)时,该复合材料仍保持有566.9 m Ah·g~(-1)的高可逆放电比容量。独特的制备方法和优越的储锂性能,使得Si-CNT@G纳米复合材料成为理想的高性能锂离子电池负极材料的候选.     

等离子体辅助球磨Si-C复合负极材料及其电化学性能研究

首次采用介质阻挡放电等离子体辅助高能两次球磨制得Si-C复合材料,其结构为微纳尺度硅颗粒均匀分散于微米级碳基体上. Si-C复合电极首周期循环放电容量为1259 mAh·g^-1,20和100周期循环的容量分别为474和396 mAh·g^-1. 该电极充放电曲线和交流阻抗测试的结果表明,复合材料中的硅和碳均参与锂离子嵌/脱反应,且其电荷传导阻抗明显低于纯Si.     

氯化钠对锂离子电池石墨负极的修饰改性

Numerous carbonaceous materials have been studied as anodes of lithium ion batteries during the past several years[1￣4].Graphite was favored for battery applications because it exhibits a high specific capac- ity, low working potential close to that of l…     

锂离子电池硅基负极及其相关材料

锂离子电池是目前电脑、通讯、消费电子品以及未来电动车动力系统的主要能源。硅基负极材料因其具有较高理论比容量(4200 mAh·g^-1,为石墨10倍以上),被视为最理想的下一代锂离子电池负极材料。然而硅负极在充放电过程中巨大的体积膨胀造成极片材料的粉化脱落、SEI膜的持续增长、正极锂离子的不断消耗,以及现有商业化粘结剂与硅表面较弱的相互作用等诸多缺陷,造成电池容量快速的衰减,阻碍了硅基材料在锂离子电池中的商业化应用。本文对硅基负极材料及其相关电池材料,如硅材料结构、粘结剂、电解液及添加剂等,进行了系统全面的总结。最后对硅基材料目前研究进展和未来发展方向做出总结与评述,以期为下一代硅基电池体系发展提供参考。     

改性球形天然石墨锂离子电池负极材料的研究

将天然鳞片石墨制成球形石墨,在其表面包覆一层纳米非石墨化碳材料制成具有核壳结构的改性球形石墨。实验结果表明:此法显著提高了天然石墨的振实密度、可逆容量(达365mAh·g-1 ),首次库仑效率( >93% )和循环稳定性(循环500次后,容量保持率>80% )。分析并讨论了负极材料的结构及其与电化学性能的关系。     

硅基锂离子电池负极材料

硅是目前已知比容量(4200 mAh ·g^-1)最高的锂离子电池负极材料,但由于其巨大的体积效应(> 300%),硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固相电解质层(SEI),最终导致电化学性能的恶化。本文介绍了硅作为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理,总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中巨大体积效应的相关工作,并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法、电化学性能和相应机理,重点介绍了硅炭复合材料。另外,介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机理。最后,对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景。     

Hybrid Polymer/Garnet Electrolyte with a Small Interfacial Resistance for Lithium-Ion Batteries

Li₇La₃Zr₂O₁₂-based Li-rich garnets react with water and carbon dioxide in air to form a Li-ion insulating Li₂CO₃ layer on the surface of the garnet particles, which results in a large interfacial resistance for Li-ion transfer. Here, we introduce LiF to garnet Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂ (LLZT) to increase the stability of the garnet electrolyte against moist air; the garnet LLZT-2 wt % LiF (LLZT-2LiF) has less Li₂CO₃ on the surface and shows a small interfacial resistance with Li metal, a solid polymer electrolyte, and organic-liquid electrolytes. An all-solid-state Li/polymer/LLZT-2LiF/LiFePO₄ battery has a high Coulombic efficiency and long cycle life; a Li-S cell with the LLZT-2LiF electrolyte as a separator, which blocks the polysulfide transport towards the Li-metal, also has high Coulombic efficiency and kept 93 % of its capacity after 100 cycles.     

锂负极失效的全固态薄膜锂电池的直接回收再利用

作为微电子器件的理想电源,全固态薄膜锂电池(TFB)已经被广泛地研究了几十年,并开始进入商业化应用。然而,目前关于失效TFB的回收与再利用的研究几乎没有,这将会阻碍TFB的可持续发展。本工作针对因金属锂负极失效而造成电池失效的TFB,提出了一种简单的基于最常见LiCoO₂ (LCO)/LiPON/Li TFB (F-TFB)的直接回收再利用的方法。研究发现,F-TFB中的金属锂负极薄膜在循环过程会被部分氧化从而造成电池失效。我们提出利用无水乙醇溶液有效地溶解并去除F-TFB上失效的金属锂负极部分,从而快速地回收底层的LCO/LiPON薄膜。结构分析和表面分析结果表明,回收的LCO/LiPON薄膜中的LCO正极的晶体结构、LCO/LiPON的界面结构以及LiPON电解质的表面保持完好,使其再利用成为了可能。进一步地,我们在回收的LCO/LiPON薄膜上依次沉积了LiPON和Li薄膜,构建得到了电化学性能恢复的LCO/LiPON/Li TFB,并获得了与新制备的TFB相一致的比容量(0.223 mAh∙cm⁻²)、良好的倍率性能和循环寿命(500次循环后容量保持率为77.3%)。这种简单而有效的回收再利用方法有望延长固态电池的使用寿命,减少能源和资源消耗,促进固态电池的可持续发展。     

二维配位聚合物衍生的氮掺杂碳/氧化锌纳米复合材料作为高性能的锂离子电池负极材料

通过一步煅烧二维锌基配位聚合物[Zn(tfbdc)(4,4′-bpy)(H_2O)_2](H_2tfbdc=四氟对苯二甲酸;4,4′-bpy=4,4′-联吡啶),制备了氮掺杂碳/氧化锌复合纳米粒子(ZnO-N-C)。作为锂离子电池的负极材料,ZnO-N-C电极具有高的可逆容量,优异的循环稳定性和较好的倍率性能。在50 mA·g~(-1)的电流密度下,50次循环后ZnO-N-C电极仍有611 mAh·g~(-1)的可逆容量。     

Highly Stretchable Supercapacitors Based on Aligned Carbon Nanotube/Molybdenum Disulfide Composites

Stretchable supercapacitors that can sustain their performance under unpredictable tensile force are important elements for practical applications of various portable and wearable electronics. However, the stretchability of most reported supercapacitors was often lower than 100 % because of the limitation of the electrodes used. Herein we developed all‐solid‐state supercapacitors with a stretchability as high as 240 % by using aligned carbon nanotube composites with compact structure as electrodes. By combined with pseudocapacitive molybdenum disulfide nanosheets, the newly developed supercapacitor showed a specific capacitance of 13.16 F cm^?3, and also showed excellent cycling retention (98 %) after 10 000 charge–discharge cycles. This work also presents a general and effective approach in developing high‐performance electrodes for flexible and stretchable electronics.     

复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能影响的研究

使用硫化物固体电解质的全固态锂硫电池由于多硫化物不溶于硫化物固体电解质及硫化物电解质不可燃的特性,得以完全避免穿梭效应并显著提高了电池的安全性能而被认为是极具潜力的下一代储能电池。如何建立并平衡复合正极中离子/电子导电网络且维持复合正极中较高活性物质含量对于全固态锂硫电池至关重要。本文以单质硫为活性物质研究了复合导电添加剂对全固态锂硫电池性能的影响,发现以乙炔黑（AB）为导电碳材料明显优于Super P和Ketjen Black;优化复合正极的组成,发现硫：乙炔黑：固体电解质的质量比为40:20:40时,全固态锂硫电池在室温和60℃下均具有良好的电化学性能。