稀土掺杂P2型层状钠离子电池正极材料及其电化学性能研究

由于锂资源的匮乏,钠离子电池因其丰富的钠资源储量、低廉的价格受到了人们的广泛关注.其中,P2型层状氧化物被认为是一种非常有前途的正极材料.但Mn^(3+)的Jahn-Teller效应会导致相变和结构坍塌,使得电池寿命下降.本研究采用稀土元素对三元锰铁系层状正极材料进行结构调控,采用快速微波辅助法设计Sm掺杂取代Mn的Na_(0.67)Mn_(0.58)Cu_(0.1)Fe_(0.3)Sm_(0.02)O_(2),加速钠离子在电化学反应过程中的扩散,提高材料的倍率性能.在1.0 A/g的高电流密度下,Na_(0.67)Mn_(0.58)Cu_(0.1)Fe_(0.3)Sm_(0.02)O_(2)的放电容量大幅提高.此外,Sm和Cu取代有效缓解了材料在循环过程中的Jahn-Teller效应,提高了材料的循环稳定性.Na_(0.67)Mn_(0.58)Cu_(0.1)Fe_(0.3)Sm_(0.02)O_(2)在200 mA/g条件下,经过100圈循环后容量保持率高达69.8%.稀土元素的加入成功改善了P2型层状氧化物电极的电化学性能.

自蔓延法制备富锂型正极材料及其储锂性能研究

基于高比容量、高电压区间和长循环等优异性能,富锂型正极材料在锂离子电池领域的应用受到广泛关注.本文通过自蔓延燃烧法制备富锂正极材料xLi_(2)MnO_(3)·(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(x=0.4、0.5、0.6),并探讨了x值、烧结温度对于材料的形貌和电化学性能的影响.利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、比表面及粒径分析等方法对材料的物相结构和微观形貌进行了表征,并探讨了材料对其电化学性能的影响.样品均为纯相的层状结构,所得材料的粒径尺寸约为200 nm.自蔓延燃烧法制备的富锂正极材料具有较好的电化学性能,0.6Li_(2)MnO_(3)·0.4LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)的首圈放电比容量为255 mAh/g.在2.3~4.8 V、0.1 C的充放电条件下,经过100圈充放电后,其容量保持率达84%.

氮掺杂三维硬碳材料的设计合成及其储锂性能研究

硬碳(HCs)在下一代高密度锂离子电池(Lithium-Ion Batteries,LIBs)候选负极中得到广泛的关注.然而,电压滞后、低速率容量和较大的初始不可逆容量严重影响了其广泛应用.本文提出了熔融盐法制备基于三维框架和分层多孔结构氮原子(N)掺杂HC负极(NHC),在10.0 A/g下具有315 mAh/g的优良倍率性能,在3 A/g下进行1000次循环后,具有90.3%的长期循环稳定性.此外,所构建的软包全电池提供了483.8 Wh/kg的高能量密度和快速充电能力.本研究的通用策略为合理设计先进碳质材料开辟了新途径.

结构稳定的高比容量高熵型层状氧化物钠离子电池正极材料研究

依据不同金属离子在钠离子电池层状氧化物储电过程中的作用特点,选择了Ni、Mn、Fe、Cu、Ti 3个过渡金属元素以一定的组成比例采用球磨和高温固相烧结结合的方法制备了新型无Co高熵层状氧化物正极材料NaNi_(0.3)Cu_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.44)Ti_(0.06)O_(2).合理的元素组合和组成使得具有高熵特征的材料在充放电过程中生成的Na-空位规则度较低,相转移可逆性高,从而表现出理想的储电性能.其在较高的电流密度(1 C)下,依然能提供较多的钠离子储存位点,且结构稳定性较高,放电比容量为123.6 mAh/g.循环200圈后,比容量依旧保持在104.6 mAh/g,保持率为84.6%.

新型锂离子正极材料Li_2Ru_(0.5)Co_(0.5)O_3的结构及其电化学性能

利用高温固相反应法制备了新型锂离子电池正极材料Li2Ru0.5Co0.5O3.通过X射线衍射技术和电化学性能测试对Li_2Ru_(0.5)Co_(0.5)O_3的微观结构及其电化学性能进行了表征.研究结果表明,该新材料为六方层状结构,空间群为R-3M;电化学性能测试表明,该材料具有良好的比容量和循环性能,在电压范围2.5V～4.8V内,以16mA/g的电流密度,其初始充电比容量达240mAh/g,初始放电比容量为175mAh/g,40次循环后容量保持率为78%.

新型锂电池负极材料CrTiTaO_6的结构及其电化学性能

利用高温固相反应法制备了新型锂电池负极材料CrTiTaO_6.通过X射线衍射技术和电化学性能测试对CrTiTaO_6的微观结构及其电化学性能进行了表征.研究结果表明，该新材料为四方金红石结构，空间群为P42/mnm；电化学性能测试表明，该材料具有良好的比容量和循环性能，在电压范围0～3.0 V内，以16 mA/g 的电流密度，其初始放电比容量达300 mAh/g，20次循环后容量始终保持在52 mAh/g.

锂离子电池用聚萘负极材料的制备及电化学性能

采用3,4,9,10-二萘嵌苯四酸二酐(PTCTA)为原料,经高温自由基聚合、气相沉积、脱氢、石墨化工艺制得锂离子电池用聚萘(PPN)负极材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、激光显微拉曼光谱等检测技术对PPN负极材料的结构和表面形貌进行了分析与表征,研究了PPN作为锂离子电池负极材料的电化学行为。结果表明,PPN负极材料具有类似石墨的多片层结构,电化学测试表明,PPN负极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能;在50mA/g电流密度下,PPN负极材料首次放电比容量为368.4mAh/g,经过200圈循环之后,PPN负极材料的放电比容量仍保持在300.3mAh/g。结果显示PPN适用于做锂离子电池负极材料。

结构掺杂型Li_(1.12)K_(0.05)Mn_(0.57)Ni_(0.24)Nb_(0.02)O_(2)正极材料的合成及其性能提升机制研究

多元掺杂结构型富锂材料被广泛应用于合成高性能锂电池正极材料.本文采用高温固相方法,合成了K和Nb元素共掺杂Li_(1.12)K_(0.05)Mn_(0.57)Ni_(0.24)Nb_(0.02)O_(2)(2 LMN–K/Nb)材料,并进行相关结构表征,同时应用于锂离子电池的正极材料开展相关研究.结构分析表明,微量的元素K^(+)和Nb^(5+)分别掺入了富锂正极材料锂层和过渡金属(TM)层,并对富锂材料的动力学行为、电化学性能产生了明显影响.LMN–K/Nb在5C倍率的放电容量为145 mAh·g^(-1),在10C倍率放电容量达112 mAh·g^(-1),并在400次循环后保持83.1%的容量.在充放电循环过程中,微量元素掺杂起到了抑制富锂材料不可逆的副反应作用.该工作证实:为了提高LLO基锂电池正极材料的性能,在锂层和TM层中的进行多元元素取代是一种可行的策略.

磷化铜/石墨烯锂离子负极材料的制备及其电化学性能研究

磷化铜由于其高理论容量和资源丰富等优点,逐渐成为一种拥有发展前景的新型锂离子电池负极材料.但其在充放电过程中存在着严重的体积膨胀和团聚问题,导致其循环性能差、倍率性能低.为此,我们利用水热法和低温磷化法合成了磷化铜/还原氧化石墨烯(Cu3P/rGO)复合材料,并对其物化特性和储锂性能进行了表征与测试.结果表明,rGO的修饰复合能够有效提高Cu3P的电化学性能,为发展新型锂离子电池负极材料提供实验与理论指导.

锂离子电池负极材料Sb2O3-x/rGO的氧缺陷构建及其电化学性能研究

成功制备了氧缺陷型Sb2O3-x/rGO复合材料.与纯Sb2O3材料相比,Sb2O3-x/rGO复合材料颗粒尺寸大大减小,导电性能得到提高,作为锂离子电池的负极材料,具有更高的可逆能力、更好的循环稳定性和良好的倍率性能.在电流密度为100 mAh·g^-1的情况下,Sb2O3-x/rGO复合材料的初始放电容量可达1336.6 mAh·g^-1.即使经过50次充放电循环后,其充放电容量依然可以保持在405.8 mAh·g^-1.

真空紫外到深紫外波段基底材料的光学特性

研究了真空紫外到深紫外波段常用的基底材料，给出了常用基底材料的光学特性和在真空紫外波段的截止波长，测量了这些材料在120～500nm的透过率，给出了通过透过率计算弱吸收基底光学常数的计算方法，并用该方法得到了熔石英、氟化镁晶体、氟化钙晶体、氟化锂晶体在120～500nm的折射率和消光系数，对这些常用基底的使用范围和特点进行了一定的比较和分析，并将所得基底的光学常数与公开发表的文献进行了比较，证明了所得结果的可靠性。

几种氟化物薄膜材料的光学特性

为了进一步明确氟化薄膜材料在紫外(UV)-真空紫外(VUV)波段的光学常数,研究了真空紫外领域常用的基底材料和6种大带隙的氟化物薄膜材料的光学特性。分别在熔石英(JGS1)基底和氟化镁单晶基底上用热舟蒸发法以不同的沉积速率和不同的基底温度镀制了3种高折射率材料薄膜LaF3、NdF3、GdF3和3种低折射率材料薄膜MgF2、AlF3、Na3AlF6;在国家同步辐射真空紫外实验站测定了它们120～300nm的透射光谱曲线,用商用lambda900光谱仪测量了它们190～500nm的透射光谱曲线,两者相结合标定了透射率的准确值。用包络法和模拟退火相结合研究了它们在120～500nm的折射率和消光系数,给出了6种氟化物材料的光谱色散曲线。结果显示,3种高折射率薄膜的折射率在157nm处约为1.77～1.89,而3种低折射率薄膜的折射率在157nm处约为1.44～1.48;研究表明,选用折射率相差较大的高、低折射率氟化物薄膜,可在膜系设计中组成高低折射率材料对,用于设计各种实用的薄膜器件。

水热-碳热还原原位合成锂离子电池Sn-Co-C复合负极材料

以纳米二氧化锡、硝酸钴、脲、葡萄糖和十二烷基硫酸钠为原料,通过水热-碳热还原原位制备锂离子电池Sn-Co-C复合负极材料。通过XRD、SEM、EDS和TEM分析表明,原位生成的Sn-Co合金颗粒分布于纳米或微米尺度的碳球和碳纳米棒内部以及微孔碳基体之中。电化学测试表明,在50 m A·g-1电流密度下,Sn-Co-C复合负极材料首次充放电比容量分别为602.9 m Ah·g-1和867.1 m Ah·g-1,循环100次后其充放电比容量仍分别保持在350.4 m Ah·g-1和356.6 m Ah·g-1,平均每次放电容量衰减率仅为5.1%。优异的电化学性能主要归因于Sn-Co合金颗粒处于纳米或微米尺度的碳球和碳纳米棒内部以及微孔碳基体之中可以改善其导电性,并可以缓解锂电池充放电过程中产生的体积变化所导致的活性物质脱落,提高循环性能和寿命。

纳米红外吸波材料的研究进展

红外吸波材料在现代隐身技术、节能、绝热等领域具有广泛的应用。扼要介绍了纳米材料的红外吸收机制和红外吸波特点,综述了纳米技术在红外吸波材料中的研究和应用现状。

超薄SnS2纳米片嵌入氮掺杂石墨烯复合材料的制备及其储锂/钠性能研究

通过热解法成功制备出超薄SnS2纳米片嵌入氮掺杂石墨烯复合材料(SnS2/NGS),所制得的SnS2/NGS表现出足够的氮掺杂和石墨烯的包覆.电化学性能数据表明, SnS2/NGS作为锂/钠离子负极材料,具有优异的电化学性能.

超细Co3O4纳米颗粒嵌入氮掺杂碳复合材料的储锂和析氧性能研究

通过乙二胺四乙酸钴(Co-EDTA)为前驱体热解成功制备出超细Co3O4纳米颗粒嵌入氮掺杂碳复合材料Co3O4/NC.在350℃热解得到的产物作为锂离子电池负极材料,表现出优异的倍率性能和循环稳定性.作为析氧反应催化剂,在10 mA·cm^-2电流密度下,具有298 mV过电位.

钯锰纳米多孔材料对乙醇的电催化氧化

采用熔体快淬结合去合金化法制备了钯锰纳米多孔材料(NP-PdMn)。用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对材料进行了表征,并研究了其在碱性条件下对乙醇氧化的电催化活性。表征显示,NP-Pd Mn为具有三维双连续纳米多孔结构的棒状材料;锰取代了晶格中部分钯的位置使得晶面间距变小;部分钯和锰在材料表面以氧化态存在。催化性能分析表明,与商业Pd/C相比,NP-PdMn/C催化剂具有优于商业Pd/C的催化活性和稳定性。

低温熔融盐浸渍法构建富锂锰基锂离子电池正极材料的表面异质层

通过微波水热法以及低温熔融盐浸渍法合成了一种含Zn表面异质层改性的富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_(2)(Zn-LLO).XRD表明没有杂质相的掺入,且合成的材料结晶性十分优异;在扫描电镜和透射电镜下呈现出200 nm左右的二级颗粒组成的球状一级结构;在XPS中可以看出掺入的Zn是存在的,证明了Zn表面异质层的存在.得益于微波水热法,合成的材料结晶性较好,具有较好的性能,同时得益于低温熔融盐浸渍法不破坏材料的结构又形成了Zn表面异质层,Zn-LLO展现出极其优异的电化学性能.在100 mA·g^(-1)下经过100圈的循环,Zn-LLO有209.4 mAh·g^(-1)的超高容量,并且在20,100,200,400,1000和2000 mA·g^(-1)下分别有276.8,236.1,204.4,171.1,127.8和95.1 mAh·g^(-1)的优异的平均容量.经过分析,这主要是由于Zn表面异质层对材料的保护作用,LLO与电解液减少接触使得LLO在循环过程中不容易被电解液腐蚀分解,电化学性能从而更加优异且稳定.

可控制备VO_(2)/GO复合材料及其在水系锌离子电池中的应用

基于碳中和、低排放以及环保的理念,水系锌离子电池因其高性价比、高安全性和环境友好等优势被广泛开发和应用.本文通过水热法成功制备了纯相的VO_(2),并通过超声分散和冷冻干燥相结合的方法,可控制备了一种VO_(2)/氧化石墨烯(VO_(2)/GO)复合材料.GO的引入不仅有效提高了材料的电子导电性,同时也缓冲了电极材料在循环过程中的体积膨胀,从而显著提高了其倍率和循环性能.VO_(2)/10wt%GO在电流密度为0.2,0.5,1.0,2.0,5.0和0.1 A·g^(-1)时,首次放电比容量分别为434,417,403,361,336和437 mAh·g^(-1),并表现出优异的循环和倍率性能.本文提出的VO_(2)与GO相复合的方法为水系锌离子电池正极材料的制备提供了一种有效的方法.

SnSe@C复合材料的结构设计及其储钠性能和反应机理研究

采用静电纺丝和退火法制备了具有一维核壳结构的SnSe@C复合材料,并对其作为钠离子电池负极材料进行了研究.得益于自身独特的结构设计,SnSe@C复合材料表现出优异的储钠性能,在1.0 A·g^(-1)高电流密度下500次循环后仍可提供283.8 mAh·g^(-1)可逆容量.利用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和局域电子衍射表征了SnSe的钠离子存储机制.本文为金属硒化物复合材料的结构设计和动力学过程研究提供了新的思路.