塑晶基离子液体合成及其电化学性能

通过简单、易于工业化的重结晶方法制备了高纯1-甲基-1-乙基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(P₁₂TFSI)塑晶化合物. 在此化合物中加入30% (摩尔分数, x)双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)后, 得到P₁₂TFSI/LiFSI 塑晶基离子液体. 采用循环伏安法、恒电压极化法及恒电流充放电法等电化学方法考察了该离子液体的电化学窗口、铝箔集流体的腐蚀性及电池性能. 结果表明, 该离子液体电解质具有5.00 V的电化学窗口, 室温离子电导率达到0.92 mS·cm^-1, 且不腐蚀Al 集流体. 以该塑晶离子液体作为电解液组装的实验电池LiCoO₂/Li 表现出良好的充放电特性及循环性能, 在较低倍率下能够和使用碳酸酯类电解液组装的实验电池的性能相媲美. 在4.50 V高电压下, 循环20周后, 容量仍能保持在175 mAh·g^-1, 容量保持率为95.1%. 这些结果说明该离子液体在高性能锂二次电池中具有良好的应用前景.     

还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

二氧化钛(TiO₂)作为有前景的钠离子电池负极材料, 具有良好的循环稳定性, 但由于其导电率较低, 而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用. 本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米TiO₂复合材料(GO/TiO₂), 通过热处理获得还原氧化石墨烯/TiO₂复合材料(RGO/TiO₂). 电化学测试结果表明, 还原氧化石墨烯改性的RGO/TiO₂复合材料的电化学性能得到显著提升, RGO含量为4.0%(w)的RGO/TiO₂复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 153.7 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和114.4 mAh·g^-1 (600mA·g^-1), 而纯TiO₂的比容量仅为93.6 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 69.6 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和26.5 mAh·g^-1 (600mA·g^-1). 4.0%(w) RGO/TiO₂复合材料体现了良好的循环稳定性, 在100 mA·g^-1电流密度下充放电循环350个周期后, 比容量仍然保持146.7 mAh·g^-1. 同等条件下, 纯TiO₂电极比容量只有68.8 mAh·g^-1. RGO包覆改性极大提高了TiO₂在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能. RGO包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.     

三维结构Li6.28La3Zr2Al0.24O12增强聚氧化乙烯基固态电解质的性能研究

通过牺牲模板法制备了一种三维框架Li_6.28La₃Zr₂Al_0.24O₁₂(3D-LLZAO)无机电解质,并将其用于构建聚氧化乙烯(PEO)基复合固态电解质膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理表征及电化学阻抗谱(EIS)、线性扫描伏安(LSV)和充放电循环等电化学测试方法研究了PEO基固态电解质的性能.结果表明加入10%(w) 3D-LLZAO的PEO基复合固态电解质CPE-10具有较小的体电阻、较宽的电化学稳定窗口.复合电解质CPE-10室温下离子电导率为1.58×10-4 S·cm^-1,锂离子迁移数为0.26.利用复合固态电解质组装的锂锂对称电池可在室温下0.05 mA·cm^-2的电流密度条件下稳定循环1600 h.以磷酸铁锂(LFP)为正极组装的LFP/CPE-10/Li电池在0.5 C倍率下初始放电比容量为155.6m Ah·g^-1,循环100次后容量保持率为86%.     

芘基共轭微孔聚合物用于锂离子电池电极材料性能研究

共轭微孔聚合物由于其高的比表面积、优良的物理化学稳定性以及沿分子链延伸的共轭结构等特点,使其在锂离子电池电极材料方面具有巨大的应用前景.本工作以四溴芘和对苯二硼酸为构建单元,通过Suzuki偶联反应合成了具有高比表面积的芘基共轭微孔聚合物PyDB,并研究了其作为锂离子电池电极材料的电化学性能.当PyDB用作锂离子电池正极材料时,在50 mA·g^-1的电流密度下,放电容量达到163 mAh·g^-1,即使在3000 mA·g^-1的电流密度下仍具有62 mAh·g^-1的可逆容量,在100 mA·g^-1的电流密度下循环300次仍具有167 mAh·g^-1的容量.当该聚合物用作负极材料时,在50 mA·g^-1电流密度下的放电容量达到495 mAh·g^-1,在200 mA·g^-1的电流密度下循环300次,仍具有245 mAh·g^-1的容量.PyDB优异的电化学性能主要归因于其延伸的共轭结构和高比表面积的多孔结构,大的共轭结构有利于分子链的掺杂反应和电子传导,高比表面积的多孔结构有利于提供大量的活性位点并促进离子的迁移.     

三维多孔还原氧化石墨烯气凝胶的制备及其在锂离子电池中的应用

以天然鳞片石墨为原料,采用改良的Hummers方法,制备了高纯度的薄层或单层氧化石墨(GO);并以抗坏血酸为还原剂,通过自组装还原的方式成功制备了具有三维多孔独巨石结构的还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶,其形貌和结构经FT-IR, SEM, TEM, XRD和XPS表征。并对其作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行了测试。结果表明：rGO气凝胶独特的形貌和结构提高了其比容量和循环性能,在100 mA·g^-1电流密度下首周放电比容量可达1 700 mAh·g^-1,首周充电比容量达710 mAh·g^-1,经过100周循环后放电比容量仍可保持在450 mAh·g^-1,库伦效率保持在98%。     

基于自催化策略原位构建高性能锂电池用凝胶电解质

凝胶聚合物电解质作为一种高锂离子传导效率的聚合物电解质而备受关注。然而，制备凝胶聚合物电解质的过程仍存在催化剂难以脱除、流程繁琐等问题。在本工作中，采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF₄)中潜在的Lewis酸诱导乙烯基醚类单体发生阳离子聚合的策略，探究出一种在电池内部原位构建高性能凝胶聚合物电解质的方法。BMIMBF₄的引入提升了凝胶聚合物电解质的电导率和电化学稳定性，基于该凝胶聚合物电解质的锂对称电池能在0.1 mA·cm^-2电流密度下循环500 h。由该凝胶聚合物电解质原位组装的全电池以1 C的倍率进行恒流充放电，循环100圈后容量保持率为90%;即使在10 C的高倍率下时，电池的放电比容量仍能保持在67.5 mAh·g^-1。该自催化策略为凝胶聚合物电解质的快速构建提供了新的思路。     

纳米CoFe2O4/GNS负极制备及其电化学性能研究

采用溶剂热法一步合成纳米尺寸CoFe₂O₄/GNS复合材料（直径约为15 nm）,其颗粒尺寸均一,且均匀分散于石墨烯表面. 电化学测试结果表明,该复合物电极具有良好的循环和倍率性能,500 mA·g^-1电流密度下100周期循环比容量稳定在709 mAh·g^-1, 容量保持率高达95.8%;2 A·g^-1电流密度,其比容量仍高达482 mAh·g^-1.     

一种双锂盐梳状聚合物电解质的制备及电化学性能

将聚乙二醇单甲醚(MPEG)接枝在聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(PIAMA)上合成梳状锂单离子导体PIAMA-g-MPEG, 并与双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)复合制成双锂盐梳状聚合物电解质薄膜. 用核磁共振波谱 (¹H NMR)、 热重分析(TG)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电化学阻抗(EIS)和电池充放电测试等方法对聚合物基体和电解质的物化性质和电化学性能进行了研究.结果表明, 设计的双锂盐梳状聚合物电解质能够有效解离并传输锂离子, 70 ℃下离子迁移数(t_Li⁺)为0.32, 离子电导率(σ)为1.5×10^-4 S/cm, 电化学稳定窗口为0~4.9 V (vs. Li/Li⁺). 组装Li|PIAMA-g-MPEG|Li电池并进行70 ℃恒电流充放电电压极化测试, 结果表明, 电解质与金属锂负极兼容性较好, 能够有效抑制锂枝晶的生长.组装LiFePO₄|PIAMA-g-MPEG|Li电池进行70 ℃长循环及倍率性能测试, 电解质表现出了优异的高温性能.     

ZnCl2活化玉米秸秆炭化物的制备及其储锂性能研究

以玉米秸秆为原料,经高温煅烧制备了玉米秸秆炭化物（C1）和ZnCl₂活化玉米秸秆炭化物（C2）。利用扫描电子显微镜（SEM）、N₂等温吸-脱附测试和恒电流充放电对材料进行结构、电化学性能分析。结果表明：C2具有较大的比表面积（425.06 m₂·g^-1）和丰富的孔道结构;电流密度为100 mA·g^-1时,C1和C2的首次放电和充电比容量分别为540.2 mAh·g^-1, 277.2 mAh·g^-1和1 156.0 mAh·g^-1, 517.6 mAh·g^-1; 600 mA·g^-1电流密度下循环300次后,C2的放电比容量可保持在379.8 mAh·g^-1, C2具有较高的可逆比容量和良好的循环稳定性。     

三维多孔集流体改善NiO电极的储锂特性

三维多孔金属不仅可容纳电极在储锂过程中的体积变化,且为锂离子提供快速传输通道,因此被广泛用做锂离子电池集流体,以提升其循环稳定性和高倍率容量.NiO作为锂离子电池负极具有高理论比容量而备受关注,但其电子导电性差和充放电过程中的巨大体积变化造成其循环寿命短和高倍率容量低.此外,NiO首次放电（嵌锂）产物Ni⁰和Li₂O不能在充电（脱锂）过程中完全反应造成首次不可逆容量大,阻碍了其商业化应用.本工作采用简单、易规模化的化学镀法制备出具有三维贯穿孔的多孔铜（孔径≈5 μm）,并在其孔壁电沉积获得NiO@三维多孔铜电极.由于三维多孔铜集流体可容纳NiO储锂过程中的体积变化;为锂离子提供快速传输通道,同时其高比表面积增大了Ni⁰和Li₂O的反应活性点,因此该电极显示出优异的高倍率容量和高首次库伦效率.该电极在200 mA·g^-1电流密度下,首次放电（嵌锂）和充电（脱锂）容量分别为1522.3和1230.2 mAh·g^-1,首次库伦效率达到80.8%;在高电流密度20 A·g^-1下显示578.1 mAh·g^-1容量.以NiO@三维多孔铜为负极,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂为正极组装成全电池,首次充电和放电容量分别为1514和1060 mAh·g^-1（基于NiO电极,电流密度0.2 A·g^-1）,首次库伦效率为70%;1.0 A·g^-1电流密度下,首次放电比容量为873 mAh·g^-1,100次循环后保持709 mAh·g^-1,保持率为81%;10 A·g^-1电流密度下容量保持530.6 mAh·g^-1.该工作将为过渡金属氧化物储锂性能提升提供新途径.