三(2-羧乙基)膦阻隔层对锂硫电池穿梭效应的抑制

为了抑制热力学穿梭效应, 改善锂硫电池的电化学性能. 将三(2-羧乙基)膦芳纶纸中间层(TCEP-AP)嵌在锂硫电池正极和隔膜之间. 通过透射电子显微镜(TEM)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外光谱和元素能谱分析(EDS)等对材料进行结构和性能表征. 电化学实验表明, TCEP是一种特别有效的多硫化物剪切剂, 在0.1C倍率时, S-TCEP-AP 锂硫电池的初始放电容量达到1544 mA·h·g ^-1. 在1C倍率下循环400次后, 比放电容量仍维持在609 mA·h·g ^-1, 衰减率极低(每周衰减0.029%), 展现出良好的倍率和循环性能.     

碳包覆磷酸亚铁锂/石墨烯复合结构的制备及其电化学性能

通过简单的水热和气相沉积法合成了碳包覆磷酸亚铁锂/石墨烯复合材料,通过XRD,SEM,TEM等对其形貌进行了表征,并将其用作锂离子电池正极材料进行电化学性能表征,结果表明:碳包覆磷酸亚铁锂/石墨烯复合材料即使在10C的倍率下仍有115mAh·g~(-1)的容量,同时在10C循环300次,容量保持率为82%.其优异的倍率和循环性能归因于沉积碳、石墨烯以及磷酸亚铁锂之间层层叠加的独特三维导电结构.     

碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料在LiPF6电解液中的表面/界面行为

利用碳热还原法成功制备了碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料。X射线衍射研究表明材料具有纯相单斜结构。高分辨透射电子显微镜观察到材料表面存在5～10 nm的包覆碳层。碳包覆Li3V2(PO4)3材料在3.0～4.3 V电压区间内可提供120 mA.h/g(C/4倍率)、115 mA.h/g(1C倍率)和110 mA.h/g(2C倍率)的可逆容量,并且在循环300次后容量保持率超过97%,显示出良好的应用前景。该材料在充放电循环初期经历了不可逆容量损失。高分辨透射电子显微镜研究表明,该不可逆容量损失来源于材料表面生成的固体电解质中间相(SEI膜),红外光谱分析表明,SEI膜的成份主要包括ROCO2Li和RCO2Li等有机物,以及Li2CO3、LixPFy和LixPOyFz等无机物。表面SEI膜经历初期电化学循环后趋于稳定,从而保证碳包覆Li3V2(PO4)3正极材料优良的电化学性能。     

Li3V2（PO4）3/C正极材料在不同电压区间的电化学行为及容量衰减原因

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等方法,研究了Li3V2(PO4)3/C在不同电压区间的电化学行为(3.0-4.5 V和3.0-4.8 V).结果表明,3.0-4.8 V电压区间的循环性能和倍率性能均不及3.0-4.5 V电压区间的.3.0-4.5 V区间0.1C (1C=150 mA?g-1)倍率首次放电比容量为127.0 mAh?g-1,循环50次后容量保持率为99.5%,而3.0-4.8 V区间的分别为168.2 mAh?g-1和78.5%.经过高倍率测试后再回到0.1C倍率充放电,3.0-4.5 V和3.0-4.8 V的放电比容量分别为初始0.1C倍率的99.0%和80.7%.经过3.0-4.8 V电压区间测试后,少部分第三个锂离子能够在低于4.5 V的电压脱出,使3.0-4.5 V电压区间的放电比容量提升了7.4%. CV结果表明3.0-4.8 V区间的容量损失主要表现为第一个锂离子的不可逆损失.极片的X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析测试结果表明经过3.0-4.8 V测试后, Li3V2(PO4)3的结构发生了轻微的改变.电感耦合等离子体(ICP)测试结果表明循环后的电解液中含有少量的V.结构变形和V溶解可能是Li3V2(PO4)3在3.0-4.8 V区间容量衰减的主要原因.     

V2O3空心球的制备及在锂硫电池中的应用

在NH₃辅助下将制备的V₂O₅空心球高温还原为V₂O₃空心球, 并利用透射电子显微镜、 扫描电子显微镜、 X射线衍射和X射线光电子能谱等手段对材料的形貌与结构进行表征. 将V₂O₃空心球与硫机械混合后, 不经过熔融复合直接作为锂硫电池的正极材料. 电化学测试结果显示, 在0.2C倍率下, 电池首次放电比容量达到1375 mA·h/g, 循环100次后放电比容量可以维持在815 mA·h/g; 在1C高倍率下, 电池首次放电比容量为710 mA·h/g, 经过500次循环后, 放电比容量仍能达到530 mA·h/g, 表明V₂O₃空心球的加入能够有效提高锂硫电池的循环性能.     

高性能钛酸锂/还原氧化石墨烯复合负极材料的合成与应用

通过简单的水热法制备了具有介孔结构的钛酸锂/还原氧化石墨烯(LTO/RGO)负极材料,并对该材料的结构及形貌进行了表征.结果表明,该方法获得的LTO/RGO负极材料具有高的比表面积且钛酸锂纳米片不易团聚.电化学性能测试结果表明,该材料在0. 1C倍率下的初始放电比容量达到182. 2 mA·h/g;在5C倍率下经过500周循环后容量仍保持在160. 6 mA·h/g,表现出较好的循环性能.     

氧缺位结构介孔二氧化钛/聚乙烯复合隔膜在锂硫电池中的应用

采用两步溶液法合成了一种具有高度氧缺位的黑色介孔二氧化钛, 并将其涂覆在隔膜表面作为锂硫电池复合隔膜, 研究了其在锂硫电池中的电化学性能. 结果表明, 氧缺位的黑色介孔二氧化钛材料不仅展现出良好的导电性, 还能加强对多硫化物的物理和化学吸附能力, 从而显著提高锂硫电池的放电比容量(0.1C倍率下首次放电比容量为1257 mA·h/g)和循环性能(循环100次后放电比容量为821 mA·h/g).     

一步法高效制备纳米Si/C复合材料及其在高性能锂离子电池中的应用

开发了一种一步高效合成纳米硅/碳复合材料的新方法, 该方法通过球磨SiCl₄、 Mg₂Si和商业碳片, 使SiCl₄自下而上还原, 原位形成的纳米硅均匀生长在碳片上, 高效制备了纳米硅与碳片均匀复合物(Nano-Si/C). 该Nano-Si/C用作锂离子电池负极材料展现出高的可逆储锂容量(2450 mA·h/g)、 良好的倍率性能及优异的长循环稳定性, 在2 A/g电流密度下, 经过600次循环后, 容量仍然稳定在1400 mA·h/g. 其突出的电化学性能主要归因于小尺寸纳米硅与碳片均匀复合的纳米结构, 在循环嵌锂/脱锂过程中仍能保持结构和电化学性质的稳定性.     

钙钒青铜/碳纳米管复合材料的 制备及电化学性能

采用水热法制备了具有二维层状结构的钙钒青铜(Ca_xV₂O₅·nH₂O, CVO)水系锌离子电池钒基正极材料, 并通过调控前驱体溶液中碳纳米管的含量, 得到3种钙钒青铜/碳纳米管复合材料(CVO@CNTs). 利用X射线衍射、 热重分析、 扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对材料进行了表征. 结果表明, 所制备的CVO呈纳米带形貌, 长约十几微米, 宽约几百纳米, 选区电子衍射测试表明所得材料为单晶结构. 循环伏安测试结果表明, CVO和CVO@CNTs均具有多个氧化还原峰, 储锌机制包括赝电容行为和电池行为. 在放电倍率1C(1C=300 mA/g)测试条件下, CVO纳米带比容量稳定在210.1 mA·h/g; 与CNTs复合后, CVO@CNTs复合材料的电荷转移阻抗降低, 在相同测试条件下表现出更高的比容量和优异的倍率性能. 其中, CVO@CNTs-40表现出最高的比容量, 在1C倍率测试条件下的比容量可达274.3 mA·h/g, 即使在20C的测试条件下放电比容量仍可达85.2 mA·h/g, 且循环1000次后容量保持率能达到92%.     

铜包覆多孔硅基材料p-Si@Cu(x)的制备与性能

在球形SiO_2颗粒表面包覆适量的CuO,经还原得到铜包覆的多孔硅复合材料[p-Si@Cu(x)].利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和比表面积分析等手段对样品的组成、物相结构、微观形貌和孔结构进行分析,并初步研究了材料的循环性能和倍率性能.结果表明,铜包覆量x=0.05时,在100 mA/g电流密度下,样品的首次放电容量为3596.9 mA·h/g,首次充电容量为2590.7 mA·h/g,首次库仑效率为72.03%;在1C倍率下可逆容量为1004.9 mA·h/g,0.1C倍率下循环100周后的可逆容量仍为1706.5mA·h/g,容量保持率为76.1%.     

Effect of VO43- Substitution on the Electrochemical Properties of a LiSn2(PO4)3 Anode Material

VO₄^3- anion was used to partially substitute for PO₄^3- in the Nasicon compound of LiSn₂(PO₄)₃ via a sol-gel method. XRD analysis revealed that the VO₄^3--substituted samples did not have a single LiSn₂(PO₄)₃ phase, and some secondary phases like SnO₂ and SnP₂O₇ appeared. Introduction of the VO₄^3- anion did not prevent the LiSn₂(PO₄)₃ compound from decomposing during the initial lithiation; however the VO₄^3- anion substitution remar-kably enhanced the rate capability and cycling performance of the products because they reduced the charge transfer impedance, increased the lithium ion diffusion, and strengthened the role of the Li₃PO₄ matrix due to the precipitation of the Li₃VO₄phase. Of the substituted samples, the sample with a nominal composition of LiSn₂(PO₄)_2.5(VO₄)_0.5 delivered a capacity of 449.2 mA·h/g at a rate of 0.25 C after 25 cycles and 373.8 mA·h/g at 2 C rate. Those values surpassed some previous reports on LiSn₂(PO₄)₃ and the LiSn₂(PO₄)₃/C composites. Accordingly, the partial substitution of phosphorus by vanadium in LiSn₂(PO₄)₃ is a feasible technique to remarkably improve its electrochemical properties.     

Nd3+-doped Li3V2(PO4)3 cathode material with high rate capability for Li-ion batteries

A series of Nd3+-doped Li3NdxV2àx(PO4)3(x = 0.00, 0.02, 0.05, 0.08 or 0.1) composites are synthesized by the rheological phase reaction method. The XRD results indicate that Nd3+ions have been successfully merged into a lattice structure. Doped samples show good electrochemical performance in high discharge rate and long cycle. In the potential range of 3.0–4.3 V, Li3Nd0.08V1.92(PO4)3exhibits an initial discharge capacity of 115.8 m Ah/g at 0.2 C and retain 80.86% of capacity retention at 2 C in the 51 st cycle.In addition, Li3Nd0.05V1.95(PO4)3holds at 100.4 m Ah/g after 80 cycles at 0.2 C with a capacity retention of92.4%. Finally, the CV test proves that the potential polarization of Li3Nd0.08V1.92(PO4)3decreased compared with the un-doped one.     

Nitrogen-doped Carbon Coated Na3V2(PO4)3 with Superior Sodium Storage Capability

Cathodes with high cycling stability and rate capability are required for ambient temperature sodium ion batteries in renewable energy storage application. Na₃V₂(PO₄)₃ is an attractive cathode material with excellent electrochemical stability and fast ion diffusion coefficient within the 3D NASICON structure. Nevertheless, the practical application of Na₃V₂(PO₄)₃ is seriously hindered by its intrinsically poor electronic conductivity. Herein, solvent evaporation method is presented to obtain the nitrogen-doped carbon coated Na₃V₂(PO₄)₃ cathode material, delivering enhanced electrochemical performances. N-Doped carbon layer coating serves as a highly conducting pathway, and creates numerous extrinsic defects and active sites, which can facilitate the storage and diffusion of Na⁺. Moreover, the N-doped carbon layer can provide a stable framework to accommodate the agglomeration of the electrode upon electrode cycling. N-Doped carbon coated Na₃V₂(PO₄)₃(NC-NVP) exhibits excellent long cycling life and superior rate performances than bare Na₃V₂(PO₄)₃ without carbon coating. NC-NVP delivers a stable capacity of 95.9 mA·h/g after 500 cycles at 1 C rate, which corresponds to high capacity retention(94.6%) with respect to the initial capacity(101.4 mA·h/g). Over 91.3% of the initial capacity is retained after 500 cycles at 5 C, and the capacity can reach 85 mA·h/g at 30 C rate.     

碳热还原辅助溶胶-凝胶法制备氟代聚阴离子型嵌/脱锂材料LiVPO4F/C

采用碳热还原辅助溶胶-凝胶法合成了锂二次电池正极材料LiVPO₄F/C, 探讨煅烧温度和煅烧时间对所制备材料纯度、结构和电化学性能的影响. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 恒流充放电, 电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)等手段对不同煅烧温度和时间所得的材料进行结构表征和电化学性能测试. 当煅烧时间为4 h 时, 温度为450 ℃时, 能够得到纯相LiVPO₄F/C, 在0.1C、0.5C和1.0C倍率下, 电池放电比容量分别为193.2、175.6 和173.7 mAh·g^-1. 随着煅烧温度升高, Li₃V₂(PO₄)₃杂相逐渐增多, 650 ℃煅烧后的材料Li₃V₂(PO₄)₃ 成为主相. 优化煅烧时间也能够有效控制Li₃V₂(PO₄)₃ 杂相的生成, 能得到电化学性能良好的LiVPO₄F/C. 当煅烧温度为550 ℃时, 反应3 h后得到的产物综合电化学性能最优.     

Li3V2(PO4)3/C正极材料在不同电压区间的电化学行为及容量衰减原因

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/C. 通过恒电流充放电测试、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等方法, 研究了Li₃V₂(PO₄)₃/C 在不同电压区间的电化学行为(3.0-4.5 V和3.0-4.8 V). 结果表明, 3.0-4.8 V电压区间的循环性能和倍率性能均不及3.0-4.5 V电压区间的. 3.0-4.5 V区间0.1C (1C=150mA·g^-1)倍率首次放电比容量为127.0 mAh·g^-1, 循环50次后容量保持率为99.5%, 而3.0-4.8 V区间的分别为168.2 mAh·g^-1和78.5%. 经过高倍率测试后再回到0.1C倍率充放电, 3.0-4.5 V和3.0-4.8 V的放电比容量分别为初始0.1C倍率的99.0%和80.7%. 经过3.0-4.8 V电压区间测试后, 少部分第三个锂离子能够在低于4.5V的电压脱出, 使3.0-4.5 V电压区间的放电比容量提升了7.4%. CV结果表明3.0-4.8 V区间的容量损失主要表现为第一个锂离子的不可逆损失. 极片的X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析测试结果表明经过3.0-4.8 V测试后, Li₃V₂(PO₄)₃的结构发生了轻微的改变. 电感耦合等离子体(ICP)测试结果表明循环后的电解液中含有少量的V. 结构变形和V溶解可能是Li₃V₂(PO₄)₃在3.0-4.8 V区间容量衰减的主要原因.     

三元掺杂改性锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3

以柠檬酸为螯合剂和还原剂, NH₄VO₃为钒源,通过溶胶-凝胶法制备了锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃及其三元掺杂体系Li_2.85Na_0.15V_1.9Al_0.1(PO₄)_2.9F_0.1.分别采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量损失谱(EELS)、拉曼(Raman)光谱、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗谱(EIS)等技术对材料的微观结构、颗粒形貌和电化学性能进行分析.结果表明:在残余碳包覆的基础上, Na、Al、F三元掺杂有利于稳定Li₃V₂(PO₄)₃的晶体结构,进一步减少颗粒团聚和提升材料导电特性,促进第三个锂离子的脱出和嵌入,从而显著改善Li₃V₂(PO₄)₃的实用电化学性能.未经掺杂的Li₃V₂(PO₄)₃原粉在1/9C、1C和6C倍率下的可逆比容量分别为141、119和98 mAh·g^-1,而三元掺杂改性材料在1/9C、1C、8C和14C倍率下的比容量分别为172、139、119和115 mAh·g^-1.在1C倍率下循环300圈后,掺杂体系的比容量依然高达118 mAh·g^-1,比原粉高出32.6%.值得注意的是,这种三元掺杂还使Li₃V₂(PO₄)₃的多平台放电曲线近似转变为一条斜线,显示出可能不同的储锂机制.     

磷酸钒钠Na_3V_2(PO_4)_3电化学储能研究进展

锂离子电池在全球范围内的广泛应用加剧了对锂资源的消耗,其成本和原料将限制其未来发展。钠与锂具有相似物理化学性质,并且储量丰富。根据锂离子"摇椅式"电池原理,富钠离子化合物可类似富锂离子正极材料,提供可脱嵌的钠离子及结构。钠离子较锂离子大,其可逆脱嵌反应要求材料结构具有较大的容钠位与离子迁移通道。聚阴离子体磷酸钒钠Na_3V_2(PO_4)_3属于钠离子超导体(NASICON)材料,其NASICON结构骨架形成了稳定的容钠位,并且开放的三维离子迁移通道利于提高钠离子的扩散。Na_3V_2(PO_4)_3作为电池正极材料,具有理想的比容量、电压平台与循环稳定性,从而受到了广泛关注。本文首先介绍了Na_3V_2(PO_4)_3结构特点,其次结合团队已有的工作基础对Na_3V_2(PO_4)_3在钠离子电池、混合离子电池、水系电池,混合超级电容器等体系中的应用与反应机理进行了阐述;总结了基于Na_3V_2(PO_4)_3设计的复合材料与结构并探讨了Na_3V_2(PO_4)_3可能存在的问题与未来发展趋势。     

流变相法制备海藻酸基碳包覆Li3V2(PO4)3材料的电化学性能

Li₃V₂(PO₄)₃/C (LVP/C) cathode materials were successfully prepared by a rheological phase method using alginic acid as the carbon source. The X-ray diffraction (XRD) patterns demonstrate that all the samples contain pure LVP with the same monoclinic structure. The scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images show that LVP/C materials have a uniform particle size. The LVP/C sample with 10% (w) alginic acid shows the best cycling stability. It delivers a discharge capacity of 117.5 mAh·g^-1 (3.0-4.3 V), which can be maintained at 116.5 mAh·g^-1 after 50 cycles at a rate of 0.1C. Its capacity retentions of 99.1% (3.0-4.3 V) and 76.8% (3.0-4.8 V) after 50 cycles are prominently higher than those of pristine Li₃V₂(PO₄)₃, which are 89.7% (3.0-4.3 V) and 62.39% (3.0-4.8 V). These outstanding electrochemical performances are mainly attributed to the alginic acid-based carbon coating, which can increase the electronic conductivity of materials and buffer the mechanical damage of the active materials during the Li ion insertion/extraction process, thus improving the electrochemical performance of the LVP/C samples.     

Li3Fe2(PO4)3/C正极材料的电化学性能及其反应机理研究

采用溶胶凝胶及高能球磨制得Li₃Fe₂(PO₄)₃/C材料,利用多种物理及其电化学技术观察材料形貌,表征材料结构及电化学性能,用电化学原位XAFS等初步研究Li₃Fe₂(PO₄)₃/C超理论容量电化学反应机理. 结果显示,Li₃Fe₂(PO₄)₃/C的结构为单斜晶系,空间群P21/n. 2.0 ~ 4.0 V电位区间,10 mAh·g^-1电流密度,Li₃Fe₂(PO₄)₃/C电极的首周期放电比容量为129 mAh·g^-1,达到其理论容量. 若电位区间拓宽至2.0 ~ 4.95 V,其首周期放电比容量高达165 mAh·g^-1,超出理论的“额外”容量30%. 电化学原位XAFS测试未观察到明显的Fe³⁺/Fe⁴⁺氧化还原对参与电化学反应,初步推测“额外”容量可能来自于该复合材料的高浓度表面缺陷.     

Improved electrochemical properties in the Li3Fe2(PO4)3 by titanium and vanadium doping

Ti⁴⁺ ions were introduced to the VO₄^3- substituted Li₃Fe₂(PO₄)₃ by sol-gel method. Simultaneous substitution of Ti⁴⁺ for Fe³⁺ and VO₄^3- for PO₄^3- in the Li₃Fe₂(PO₄)₃ resulted in a net improvement in the rate capability and cycling performance, as compared with the single Ti⁴⁺ or VO₄^3- substituted compound.