固体所在新型二维V4C3Tx迈科烯(MXene)制备及其电化学储能方面取得进展

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体所功能材料研究室科研人员成功制备了新型二维V4C3Tx迈科烯(MXene)材料并研究了其在锂离子电池中的应用。MXene是通过选择性地刻蚀其前驱体MAX相化合物(化学通式为Mn+1AXn,其中M为前过渡金属元素,如Ti、V、Nb、Mo等;A为主族元素;X是C或N元素;n=1,2,3)中的“A”元素而制得的一类二维材料.

析出V_4C_3在马氏体相变中的遗传

本文利用电子衍射和矩阵分析方法探讨了析出V_4C_3在马氏体相变中的遗传现象。结果表明,奥氏体、马氏体和V_4C_3三相间的晶体学取向关系为: (010)_A∥(110)_M∥(010)_(V_4C_3) [101]_A∥[111]_M∥[101]_(V_4C_3)V_4C_3首先在奥氏体中析出,遗传至马氏体中后,虽能与马氏体保持一定的取向关系,但界面结构理论分析指出,两相间的界面结合能高于Baker-Nutting关系所规定的结合能,因而是一五稳态。由于V_4C_3沿奥氏体的晶体缺陷析出,故这些缺陷将遗传至马氏体中。

V_4C_3质点与形变孪晶的交互作用

本文利用V_4C_3与γ相双衍射所形成的Moire图,分析了析出V_4C_3质点与基体γ相的界面关系,探讨了V_4C_3对形变孪晶发展的阻止作用。结果表明,V_4C_3与γ相存在半共格关系,在外力作用下,孪晶位错可以进入相界面并转变为界面位错;孪晶位错以绕过或交滑移的方式继续运动。

极片面密度和压实密度对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成Li_3V_2(PO_4)_3/C正极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电循环测试、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安(CV)等手段研究极片面密度和压实密度对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响。结果表明:Li_3V_2(PO_4)_3/C的倍率性能随着面密度的增加而变差,且面密度越大极化现象越严重,20C时放电比容量差距高达22.8(mA·h)/g。EIS分析结果表明:随着面密度的增加,电荷转移阻抗增大,锂离子表观扩散系数降低。当极片压实密度过高或过低时,Li_3V_2(PO_4)_3/C的倍率性能均较差,压力为20 MPa时放电比容量最高,20C时放电比容量为94.0(mA·h)/g,而0和35 MPa时放电比容量仅70(mA·h)/g左右。EIS和CV测试结果表明:极片压实密度较小和较大的情况均不利于电荷和锂离子的转移。

喷雾干燥碳热还原法制备Li3V2PO43/C正极材料及其电化学性能

采用喷雾干燥-碳热还原法制备了Li3V2(PO4)3/C正极材料.考察了不同喷雾条件对产物组成及电化学性能的影响.通过XRD、SEM、TEM和电化学性能测试方法等进行了表征.结果表明:通过二次喷雾干燥制备的前驱体,经过750℃热处理12h制得了平均粒径小于0.5μm的Li3V2(PO4)3/C复合材料.在室温下,C/5、1C和5C倍率的放电比容量分别为121.9、114.6和104.6mAh.g-1,50次循环后,容量保持率均接近100%,几乎无衰减,具有优异的循环稳定性和容量保持率.

以溶液法制备的钠掺杂锂离子电池正极材料Li_(3-x)Na_xV_2(PO_4)_3/C

以溶液法为制备方法、以葡萄糖为碳源合成了一种钠离子掺杂的锂离子电池正极材料Li_(3-x)NaxV_2(PO_4)_3/C(x=0、0.01、0.03、0.05、0.07)。XRD结果显示组成相为单斜晶型,与标准Li_3V_2(PO_4)_3衍射峰完全一致。微量钠掺杂并未改变产物的相组成与晶体结构,但使得晶胞参数有所变化,这种变化有利于提高锂离子的扩散系数。SEM与TEM谱图显示材料颗粒基本为近似椭圆形,粒径分布均匀,碳包覆层完整。充放电测试显示Li_(2.97)Na_(0.03)V_2(PO_4)_3/C试样的倍率性能最好,在12C倍率下放电比容量约为100mAh/g,循环伏安测试也证明该试样的锂离子扩散系数较高,比纯相Li_3V_2(PO_4)_3提高了约2个数量级。

Li_3V_2(PO_4)_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(英文)

采用溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_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Li_3V_2(PO_4)_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=150m A·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,Li_3V_2(PO_4)_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Li_3V_2(PO_4)_3在3.0-4.8 V区间容量衰减的主要原因.

溶胶-喷雾干燥法制备纳米Li_3V_2(PO_4)_3/C及其电化学性能

本文以LiOH.H2O、NH4VO3、H3PO4和柠檬酸为原料,采用溶胶-喷雾干燥法制备Li3V2(PO4)3/C正极材料,对比了喷雾前驱体直接煅烧与机械活化后煅烧的样品的结构、形貌及其电化学性能。采用XRD、SEM、BET和振实密度测试等对样品的结构、形貌等进行了表征;采用恒流充放电、CV和EIS等手段考察了材料的电化学性能。结果表明,溶胶-喷雾干燥得到的样品为多孔球壳形,其壳体由厚度为100 nm左右的纳米片组成,经机械活化后煅烧保持保持了其纳米片结构,其结晶度与振实密度改善较明显,电化学性能较优异。0.1C放电比容量为123.6 mAh.g-1,10C和20C高倍率放电比容量还高达107.8和106.0 mAh.g-1。电化学阻抗结果表明,由该方法制备的样品具有较小的电荷转移阻抗。

Na^+掺杂对Li_3V_2(PO_4)_3/C晶体结构及性能的影响

利用一步碳热还原法制备了Li3-xNaxV2(PO4)3/C(x=0、0.01、0.02、0.03、0.05、0.08、0.10、0.15)复合正极材料,并用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电技术研究了掺杂对材料结构、微观形貌、充放电性能和Li+脱出嵌入过程的影响。研究表明掺杂少量Na+不影响材料Li3V2(PO4)3的基本结构,但可在Li3V2(PO4)3中形成电子缺陷,提高晶体内部原子的无序化程度,降低极化和电荷转移电阻,从而改善材料的电化学性能。与Li3V2(PO4)3/C相比,Li2.98 Na0.02 V2(PO4)3/C在倍率为15C下的第50次放电容量提高12.1mAh/g,具有较好的倍率性能和循环性能。

Li_3V_(2-x)Ce_x(PO_4)_3/C的制备及电化学性能

采用溶胶-碳热法制备Li3V2-xCex（PO4）3／C=0、0．02、0．04和0．06）复合材料，通过XRD、SEM、恒流充放电和电化学阻抗谱等测试，研究Ce^3＋掺杂对材料的影响。Ce^3＋的适量掺杂没有改变结构，对形貌也没有明显的影响，但可降低一次颗粒的尺寸，提高电导率。掺杂量x=0．04的材料以2．0C在3．0-4．8V循环，首次放电比容量为148．3mAh／g，第50次循环的容量保持率为85．1％。

球磨微波法制备Li_3V_2(PO_4)_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.

以酚醛树脂为碳源合成锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C

以酚醛树脂为碳源,分别采用了固相法和溶胶凝胶法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C。结果表明,高分子材料酚醛树脂是一种优良的碳源材料,其热解后得到的导电网络能够有效的提高Li3V2(PO4)3的电化学性能;两种试样的充放电曲线和交流阻抗图谱体现出了试样良好的可逆性,其极化程度很低,电荷转移电阻小;而相对于固相法来讲,溶胶凝胶法和表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)的共同作用能够有效的将颗粒粒径控制在纳米级别。用这种方法合成的试样在15 C下充放电比容量也能高于90 m Ah/g,5 C倍率下循环50次比容量无衰减,证明了以酚醛树脂为碳源并采用溶胶凝胶法合成的试样具有很好的倍率性能与循环性能。

Fe-C-V合金中V_4(C,N)_3对疲劳位错运动区域分布和疲劳强度的影响

本文研究了Fe-C-V合金中,V_4(C,N)_3对疲劳位错运动区域和疲劳强度的影响。研究表明细小、均匀、弥散、稳定的V_4(C,N)_3促使位错运动分布在广泛区域,减小疲劳损伤局部化,明显提高疲劳强度。

具有(113)优势晶面的钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C

通过简单的溶胶-凝胶辅助静电纺丝法得到(113)晶面优势导向的Na_3V_2(PO_4)_3/C钠离子电池正极材料,并通过对比最佳纺丝条件下分别用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚氧化乙烯(PEO)作为晶面导向剂制备的两种Na_3V_2(PO_4)_3电极材料的电化学性能,证明静电纺丝有利于实现Na_3V_2(PO_4)_3(113)晶面择优取向。在相同的电流密度(0.1 C)下,NVP-PVP和NVP-PEO的首周放电比容量分别为112.5 m A·h/g和96.3 m A·h/g,电池循环50周后,NVP-PVP仍然有98.1 m A·h/g的可逆容量保持,NVP-PEO仅仅只剩下34 m A·h/g的可逆容量保持,而即使循环100周后,NVP-PVP的可逆容量仍然在88.2 m A·h/g。结果表明,PVP静电纺丝有利于构建特定的纳米纤维结构和均一的导电碳网络骨架,进而提升主体材料Na_3V_2(PO_4)_3的电化学性能。

复合正极材料xLiFePO_4·yLi_3V_2(PO_4)_3/C的合成及其电化学性能

以聚吡咯(PVP K60)为表面活性剂和碳源,采用流变相法合成了x Li Fe PO4·y Li3V2(PO4)3/C正极材料样品。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对样品形貌和结构进行了测试;采用电池测试仪和电化学工作站对样品电化学性能进行了测试,分析了不同复合比(x:y)对其结构和电化学性能的影响。研究表明:复合材料中存在两相复合与元素掺杂两种效应;当复合比为5∶1时材料的电化学性能最优,在0.1和10 C倍率下放电容量分别达到162.7和104.6 m Ah·g-1,且具有良好的循环稳定性。

碳热还原法制备磷酸铁钒锂复合材料

以Li2CO3、NH4H2PO4、Fe2O3、V2O5和C12H22O11为原料,用碳热还原法合成x Li Fe PO4·y Li3V2（PO4）3/C正极复合材料,通过电化学性能测试、热重分析、XRD和SEM分析考察复合材料配比和煅烧温度对性能的影响。x∶y=5∶1,在700℃下煅烧10 h所得复合材料,XRD衍射峰强度大、特征峰明显,结晶度高;以0.1 C在2.0~4.9 V循环,首次放电比容量达125.8 m Ah/g,以1.0 C循环10次,容量保持率为99.4%。

稀土离子掺杂对锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的影响研究

讨论了稀土Gd^(3+)、La^(3+)掺杂对溶胶-凝胶法合成正极材料单斜晶型Li_3V_2(P0_4)_3/C的影响。通过XRD、SEM、EDS、恒流充放电、CV和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,研究了2种稀土元素不同掺杂量对材料结构和电化学性能的影响。结果表明,相对纯相Li_3V_2(PO_4)_3/C,适量的稀土离子掺杂能减小晶粒,提高电化学性能,并且掺杂的稀土Gd^(3+)在x=0.03时具有最好的电化学性能,室温条件,在3~4.3V充放电平台下,以0.1C首次放电比容量达到126.7mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有103.6mAh/g,容量保持率为81.8%。

镁铝联合掺杂对Li_3V_2(PO_4)_3/C电化学性能的影响研究

通过X射线衍射、扫描电镜、恒流充放电、循环伏安和阻抗(EIS)等技术对材料的形貌和电化学性能进行分析,研究了Mg、Al同时掺杂对溶胶-凝胶法合成单斜晶型Li_3V_2(PO_4)_3/C材料电化学性能的影响。结果表明:相对纯的磷酸钒锂/C(LVP/C),少量的掺杂没有影响材料的结构,电化学性能有显著提升,并且Li_(2.9)Mg_(0.05)V_(1.9)Al_(0.1)(PO_4)_3/C材料具有最好的电化学性能。在室温3~4.3V充放电平台下,以0.1C首次放电比容量达到130.7mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有127.2mAh/g,容量保持率为97.3%。

Facile synthesis of Li3V2（PO4）3/C cathode material for lithium-ion battery via freeze-drying

In this work, we report a facile route for the synthesis of Li3V2(PO4)3/C cathode material via freezedrying and then calcination. The effect of calcination temperature on the electrochemical properties of the Li3V2(PO4)3/C is also investigated. When used as a lithium-ion battery cathode, the optimized Li3V2(PO4)3/C (LVP-800) through calcination at 800 ℃ exhibits a high initial charge and discharge capacity. The excellent electrochemical performance of LVP-800 is attributed to the good crystallinity and uniform morphology of the electrode material. In addition, the residual carbon can also improve the conductivity and buffer the volume expansion during the Li-ion extraction/reinsertion. Meanwhile, charge compensation also plays an important role in excellent electrochemical performance.

V_(2)O_(5)/g⁃C_(3)N_(4)催化剂的制备及其模拟油中硫化物的脱除

以三聚氰胺、偏钒酸铵、硼酸为前驱体,通过煅烧法制备V_(2)O_(5)/g⁃C_(3)N_(4)催化剂。采用XRD、FT⁃IR、XPS、SEM和BET等技术对催化剂的结构与形貌进行表征。以V_(2)O_(5)/g⁃C_(3)N_(4)为催化剂,乙腈为萃取剂,H_(2)O_(2)为氧化剂对模拟油中二苯并噻吩(DBT)的脱除进行考察。探究了反应温度、催化剂质量、萃取剂体积、n(H_(2)O_(2))/n(S)以及不同硫化物等因素对脱硫效果的影响。在模拟油体积为5.0 mL、萃取剂乙腈体积为3.0 mL、n(H_(2)O_(2))/n(S)=8、催化剂质量为0.02 g、反应温度为30℃和反应时间为60 min的最佳条件下,DBT的脱除率达到91.9%,经过5次催化剂再生后脱硫率仍可以达到85.7%。