锂离子电池用硅基负极材料的研究进展

硅基负极材料被视为现有商业化碳负极材料的替代性产品之一,然而由于在充放电过程中存在较大的体积效应而无法商业化,为此研究人员进行了大量的改性研究。基于理论研究及实验研究两方面,总结硅基负极材料的研究进展,希望对新型合金负极材料的研究有促进作用。

中间相Si-Co合金作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

合成Si-M"活性-活性/非活性"体系,利用第二组元的成键特性降低Si负极材料的体积膨胀系数,被视为实现Si基负极材料商业化的有效方法。采用第一性原理平面波赝势法,对中间相Si-Co合金作为锂离子电池负极材料的嵌脱锂机理进行研究,预测材料的电化学特性。结果表明,Si2Co具有最低的体积膨胀系数以及最低的嵌锂形成能,嵌锂后形成的Li-Si键及Li-Co键单位键长电荷布居最小,具有最佳的电化学综合性能。

锂离子电池用磷基负极材料的嵌脱锂机理

采用第一性原理平面波赝势法,研究具有不同晶体结构的磷作为锂离子电池负极材料的嵌脱锂机理。3种磷中优选空间群类型为CMCA的P-3,在富锂状态(Li2P)下的体积膨胀系数仅为35.89%,且理论比容量高达1 729 mAh/g,具备成为碳负极替代性产品的研究价值;3种磷相的嵌脱锂电位均较高,但导电性能较差。

泡沫镍上生长纳米片ZnCo_2O_4负极材料

采用水热法和烧结法在泡沫镍基底上制备锂离子电池负极材料钴酸锌（ZnCo_2O_4）,用XRD、SEM分析物相结构与形貌,用恒流充放电、循环伏安测试电化学性能。合成的ZnCo_2O_4纳米薄片呈横竖交错的叶状。ZnCo_2O_4/泡沫镍复合电极可缓冲充放电过程中的体积膨胀效应,改善体系的循环性能。以100 m A/g的电流在0.01~3.00 V循环,首次放电比容量为1 301.7 mAh/g,首次库仑效率为85.5%,循环50次,可逆比容量仍保持在1 249.5 mAh/g。

钠离子电池负极P/SnSb/C复合材料的性能

以无毒的红磷为原材料,采用化学还原和高能球磨法制备黑磷、P/SnSb/C钠离子电池负极材料,用XRD、SEM、恒流充放电和循环伏安等方法分析材料的物相结构、形貌及电化学性能。SnSb和导电炭黑的加入,改善了黑磷的导电性能,缓冲了体积膨胀效应,增加了结构稳定性。以100 m A/g在0.01~2.50 V循环,P/SnSb/C首次放电比容量为777.37 mAh/g,首次库仑效率为82.8%,第50次循环的放电比容量为557.34 mAh/g,库仑效率达98.7%。

多边形结构富锂锰基正极材料的可控制备及性能

通过水热法成功制备了一种富锂正极材料Li_(1.166)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.834)O_2.并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高精度电池测试系统分别对电极材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征和测试分析.结果表明,样品Li_(1.166)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.834)O_2具有较好的多面体结构特点以及优异的电化学性能,该电极材料的充放电比容量相对于商用LiCoO_2材料(约135 m Ah/g)更高,在电流密度25 mA/g时,充放电比容量分别为363.8 mAh/g和222.2 mAh/g,首次库仑效率为61.1%.循环80周之后可逆放电比容量可达235.5 m Ah/g.该富锂正极材料Li_(1.166)(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))_(0.834)O_2在高能量密度动力电池发展中具有良好的应用前景和广阔的市场空间.

高能球磨制备钠离子电池负极材料CuP2/C

采用高能球磨工艺,以金属铜粉、导电炭黑SP及廉价、无毒的商业红磷为原料,在氩气气氛中球磨处理36 h,合成二磷化铜(CuP_2)/C负极材料。用XRD、SEM技术分析材料的结构和形貌,用恒流充放电、循环伏安(CV)测试材料的电化学性能。纯CuP_2的容量衰减较快;CuP_2/C复合材料由于导电性良好的碳材料与硬的金属磷化物相互挤压,形成软硬镶嵌的片层结构,不仅改善了单一CuP_2的团聚现象,而且增强了导电能力,电极的循环稳定性得到改善。以100 mA/g在0.01~2.50 V循环,CuP_2/C复合材料的首次放电、充电比容量分别为796.15 mAh/g、450.44 mAh/g,首次循环的库仑效率为56.6%,第100次循环的放电、充电比容量维持在489.53 mAh/g、488.00 mAh/g,库仑效率为99.7%。

生物炭负载金属硒化物复合材料的储锂性能

通过高温对膨化大米进行炭化处理得到米炭(Puffed Rice Carbon,PRC),以米炭(作为生物炭)和商业Sn、Se粉为原材料,采用高能球磨法在氩气保护气氛中球磨48 h,制备了SnSe/PRC锂离子电池负极材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜(含能谱分析)、恒流充放电测试、循环伏安法和电化学阻抗谱等技术对材料进行结构、形貌表征和电化学性能测试.结果表明:在高能机械力作用下,米炭与Sn、Se相互挤压形成合金/碳复合镶嵌结构,提升了体系的导电性能,缓冲了材料的体积膨胀效应,改善了纯合金相的结构稳定性.在电流密度500 mA/g、电压范围0.01~3.00 V条件下进行充放电循环,SnSe/PRC的首次放电比容量较高(704.00 mAh/g),经50次充放电循环后比容量稳定保持在608.90 mAh/g.该材料还具有良好的倍率性能,在较大电流密度下容量仍保持稳定,当恢复至初始电流密度时,容量能恢复到原有水平.利用环境友好且易制得的生物炭材料能有效地改善了SnSe的储锂性能,对金属硒化物在锂离子电池方面的应用有很好的参考价值.

不同锂源对富锂锰基Li_(1.133)Mn_(0.466)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_2正极材料性能的影响

采用共沉淀的方法将含有一定比例的镍、钴、锰的醋酸盐溶液均匀混合,然后加入适量的沉淀剂Na_2CO_3制备前驱体Mn_(0.466)Ni_(0.2)Co_(0.2)CO_3,与不同锂源(Li_2CO_3、LiOH)混合煅烧得到富锂锰基Li_(1.133)Mn_(0.466)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_2正极材料.采用XRD和SEM分别对制备的(1.133)Mn_(0.466)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_22的结构和表面形貌进行表征,采用恒电流充放电和循环伏安法对制备的(1.133)Mn_(0.466)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_22的电化学性能进行测试.结果表明,以Li OH为锂源合成的样品在0.1C(1C=250 m A/g)倍率下首次充电比容量和放电比容量分别为330.1 m Ah/g和218.6 m Ah/g,首次库仑效率为66.23%,在1C倍率内表现为优秀的稳定循环比容量特性,但是在2C以及2C以上高倍率循环稳定性不及以Li_2CO_3为锂源合成样品的性能.

钠离子电池用SnSb合金/碳材料的性能

以SnSb为主体材料,中间相炭微球（MCMB）、酚醛树脂为碳源,将机械球磨法与有机碳源热裂解包覆法结合,合成钠离子电池负极用SnSb合金/碳复合材料SnSb/MCMB/C。通过XRD、SEM测试分析材料的物相结构与形貌,通过循环伏安、恒流充放电测试,分析材料的电化学性能。SnSb/MCMB/C复合结构缓解了纯SnSb的团聚和体积膨胀效应,增强了材料的循环稳定性和倍率性能。SnSb/MCMB/C以100 m A/g的电流在0.01-2.50 V充放电,首次放电比容量为590 m Ah/g,首次库仑效率为60%,第100次循环的放电比容量保持在322 m Ah/g。

Eu^(3+)掺杂的铌酸钠钾陶瓷的制备及性能研究

采用固相烧结法制备了Eu^(3+)掺杂的铌酸钠钾(KNN)陶瓷。用X射线粉末衍射仪、荧光光谱测试仪和LCR精确阻抗测试仪等对其结构、发光性能和介电性能进行表征。XRD结果显示样品为钙钛矿结构。荧光分析结果表明,致密度对KNN陶瓷材料发光性能有一定的影响,Eu^(3+)掺杂量是影响其发光性能的重要因素。其中掺杂Eu摩尔分数为4%的样品在930℃焙烧后其发光最强,在396 nm紫外光激发下,发射光谱最强峰在614nm,对应于Eu^(3+)的~5D_0-~7F_2电偶极跃迁。样品经3 k V/cm、110℃极化30 min后进行压电性能检测,结果表明提高Eu^(3+)掺杂量以及陶瓷的致密度,可改善压电性能。其中掺杂4%Eu的KNN压电常数D_(33)最大为98 p C/N,在1 k Hz、100℃时,介电常数最小为217,介电损耗tanθ=0.199,且仍然保持较高的居里温度T_c=426℃。

水热法制备蜂窝状ZnCo_2O_4/rGO

以石墨烯为基底,用水热法制备蜂窝状钴酸锌（ZnCo2O4）/还原氧化石墨烯（rGO）微球复合材料。用XRD、SEM分析复合材料的结构和形貌,用恒流充放电及循环伏安法测试复合材料的电化学性能。石墨烯的加入,可改变ZnCo2O4颗粒的形貌,并改善复合材料作为锂离子电池负极活性物质的电化学性能。以500 m A/g的电流在0.013.00 V循环,复合材料的首次放电比容量为1 326.7 m Ah/g,第70次循环的放电比容量为1 212.4 m Ah/g。

溶剂热制备绒球状ZnCo2O4/CNT多孔微球

用溶剂热法制备绒球状钴酸锌(ZnCo_2O_4)/碳纳米管(CNT)复合材料。用XRD、SEM技术分析物相和形貌,用恒流充放电及循环伏安法测试电化学性能。添加CNT使ZnCo_2O_4呈多孔结构,可提高作为锂离子电池负极材料的电化学性能。以500 mA/g的电流在0.01~3.00 V循环,ZnCo_2O_4/CNT的首次充、放电比容量分别为1 002.3 mAh/g、1 284.9 mAh/g,首次库仑效率达78.00%;第50次循环的充、放电比容量分别为1 197.2 mAh/g、1 209.8 mAh/g,库仑效率达98.96%。

漂浮型Ag_(2)CrO_(4)-g-C_(3)N_(4)-TiO_(2)/膨胀珍珠岩可见光催化材料除藻性能

以Al_(2)O_(3)改性的膨胀珍珠岩(mEP)为载体,采用溶胶凝胶-浸渍沉积法制备Ag_(2)CrO_(4)-g-C_(3)N_(4)-TiO_(2)/mEP漂浮型可见光催化材料。对制备的光催化材料使用XRD、N2吸附/脱附、FESEM-EDS、XPS和UV-vis DRS等分析方法进行材料表征。实验结果表明,不同的Ag_(2)CrO_(4)含量可对复合催化剂的晶型和比表面积产生影响,过高的Ag_(2)CrO_(4)可在催化剂的表面形成团聚颗粒不利于催化剂对藻细胞的吸附和光催化灭活。以铜绿微囊藻为处理对象,光催化剂中Ag_(2)CrO_(4)/TiO_(2)的理论摩尔比为0.05,初始藻细胞浓度为2.75×10^(6) cells/mL时,单纯暗吸附8 h藻细胞的去除率为10.3%,在吸附和光催化的协同作用下,藻细胞的去除率可达81.88%。光催化除藻过程中起主要作用的为光生空穴h^(+),该催化剂在重复利用三次后对藻细胞仍有72.19%的去除率,催化剂有较好的稳定性。

Tb3＋／Eu3＋共掺的硼酸盐玻璃的发光及能量转移

用熔融法制备了Tb^(3+)/Eu^(3+)共掺的硼酸盐玻璃,研究了Tb^(3+)、Eu^(3+)共掺的硼酸盐玻璃的发光性能。结果表明,共掺的硼酸盐玻璃的最强激发峰位于393nm,最强发射峰是位于612nm的红光,存在着Tb^(3+)→Eu^(3+)的能量传递,一定浓度范围内,随着Tb^(3+)的浓度增加,Eu^(3+)的612nm红光的发射强度增强。