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低共熔溶剂辅助制备空心球状钙钛矿型高熵氧化物及高倍率储锂性能

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化学学报 2024年第3期82卷 303-313页

作者：鲍梦凡陈诗洁邵霞邓慧娟冒爱琴檀杰安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243032 安徽工业大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究中心马鞍山243032

近年来高熵氧化物因其独特的四大效应,作为高性能的锂离子电池(LIBs)负极材料受到广泛关注.本研究借助于形貌和缺陷调控策略调控晶格畸变和氧空位,以金属硝酸盐为金属源,葡萄糖和尿素为低共熔溶剂,采用基于低共熔溶剂辅助的固相反应法... 详细信息

近年来高熵氧化物因其独特的四大效应,作为高性能的锂离子电池(LIBs)负极材料受到广泛关注.本研究借助于形貌和缺陷调控策略调控晶格畸变和氧空位,以金属硝酸盐为金属源,葡萄糖和尿素为低共熔溶剂,采用基于低共熔溶剂辅助的固相反应法制备了La(Co_(0.2)Cr_(0.2)Fe_(0.2)Mn_(0.2)Ni_(0.2))O_(3)以及Li、Na元素掺杂的La(Li_(1/6) Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)和La(Na_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)钙钛矿型高熵氧化物纳米晶粉体.测试结果表明:所制备的高熵氧化物均为单相钙钛矿结构,其形貌为具有介孔结构的空心球状且各组成元素分布均匀.储锂性能表明:La(Li_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)电极展示了最高的比容量(电流密度200 mA·g^(-1)下循环100圈的可逆比容量为410.0mAh·g^(-1))和优异的倍率性能(100 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为342 mAh·g^(-1),3000 mA·g^(-1)电流密度下可逆比容量为169.43 mAh·g^(-1),容量保持率为49.4%).虽然La(Li_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))O_(3)具有略小的D_(Li)~+,但适当的晶格畸变、氧空位和较高的比表面积使其具有更高的电导率(0.072 S·cm^(-1))以及更小的阻抗,从而显著提升了材料的比容量和倍率性能.该项工作为开发出高性能LIBs的先进负极材料提供了新的设计理念和思路.

关键词：负极材料钙钛矿型高熵氧化物掺杂缺陷工程储锂性能

纳米硅的砂磨宏量制备及其碳纤维复合负极的储锂性能研究

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储能科学与技术 2024年第1期13卷 1-11页

作者：徐铖杰黄玉林林中飞雨林志铭方辰希张卫军黄志高李加新福建师范大学物理与能源学院福建省太阳能转换与储能工程技术研究中心福建福州350117

硅碳负极材料因具有较高的储锂容量等优势在锂离子电池领域备受关注,但仍面临电导欠佳、体积膨胀及界面兼容性差等问题。本研究从太阳能电池微米硅废料的纳米化处理出发,通过优化砂磨实验参数实现宏量制备颗粒粒径约为300 nm硅纳米颗粒... 详细信息

硅碳负极材料因具有较高的储锂容量等优势在锂离子电池领域备受关注,但仍面临电导欠佳、体积膨胀及界面兼容性差等问题。本研究从太阳能电池微米硅废料的纳米化处理出发,通过优化砂磨实验参数实现宏量制备颗粒粒径约为300 nm硅纳米颗粒。进一步地,通过静电纺丝法制备铜纳米颗粒修饰的硅碳复合材料,所制硅碳复合材料中的硅与铜纳米颗粒内嵌或附着在纳米纤维上。综合研究其电化学储锂性能发现,该复合材料以碳纳米纤维作为基体,辅以铜纳米颗粒的修饰,可构建出高导电网格并进一步提升复合材料的电导能力,有效克服硅材料的剧烈体积膨胀以及导电性差的缺点,进而表现显著增强的电化学储锂综合性能。特别是,结构优化后的硅碳复合负极材料在1.0 A/g的较高电流密度下循环550次后仍可保持765.9 mAh/g的高可逆容量。因此,本研究为宏量制备硅纳米材料及其硅碳纤维复合负极提供了良好的参考。

关键词：锂离子电池纳米硅宏量制备硅碳负极性能调制储锂性能

不同Fe/Ni比值普鲁士蓝类正极材料的制备及储锂性能的研究

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化工新型材料 2024年第6期52卷 158-163,169页

作者：陈品德秦龙威文春鹏马勇刘英琦夏鑫新疆大学纺织与服装学院乌鲁木齐830017

采用络合剂辅助共沉淀法合成了不同Fe/Ni比值的铁镍普鲁士蓝化合物(FeNiHCF)粉末,并将制得的FeNiHCF粉末进行了储锂性能探究,利用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对于材料的微观结构和形貌进行表征,使用蓝电系统进行... 详细信息

采用络合剂辅助共沉淀法合成了不同Fe/Ni比值的铁镍普鲁士蓝化合物(FeNiHCF)粉末,并将制得的FeNiHCF粉末进行了储锂性能探究,利用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对于材料的微观结构和形貌进行表征,使用蓝电系统进行恒流充放电测试表征材料的储锂性能。结果表明:不同Fe/Ni比值的掺杂会影响材料的储锂性能及循环稳定性,总体而言,随着镍离子掺杂量的增加,材料的循环稳定性不断上升,但容量有一定的下降。在m(FeCl_(3)·6H_(2)O)∶m(NiCl_(2)·6H_(2)O)=1∶4,1C的电流密度下,首次放电比容量为46.2mAh/g,经500圈循环后放电比容量仍达47.6mAh/g。同时,经过20C的高循环倍率测试后,电流密度回到1C时,比容量仍能恢复到倍率性能测试前,表现出了优异的倍率性能。

关键词：储锂性能铁镍普鲁士蓝共沉淀法掺杂正极材料

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液相置换法制备硅/碳复合材料及其储锂性能

华南师范大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陈雨鑫周国永王繁符远翔贵州民族大学化学工程学院贵州理工学院化学工程学院/贵州高校能源化学重点实验室

通过镁热还原SiO2实现了纳米硅的制备,随后通过液相置换法将其与葡萄糖复合经过热处理获得硅/碳复合材料（Si/C）。在将制备的材料作为锂离子电池的负极材料,测试发现该材料展示了优异的循环性能（在100 mA/g的电流密度下,循环50次的比... 详细信息

通过镁热还原SiO2实现了纳米硅的制备,随后通过液相置换法将其与葡萄糖复合经过热处理获得硅/碳复合材料（Si/C）。在将制备的材料作为锂离子电池的负极材料,测试发现该材料展示了优异的循环性能（在100 mA/g的电流密度下,循环50次的比容量能维持在800 mAh/g左右）、高的倍率性能（在4 200 mA/g的电流密度下保持在385 mAh/g的比容量）和不错的循环稳定性（在840 mA/g的电流密度下,循环120次其容量亦能维持在约459mAh/g）,远高于纯硅和纯碳的容量。可见碳的介入有效改善了硅的导电性提升了其储锂性能,为Si/C复合材料在高性能的锂离子电池的应用提供了一种新的策略。

关键词：液相置换法 Si/碳材料储锂性能锂离子电池

燃料与氧化剂用量比对溶液燃烧法制备尖晶石型高熵氧化物结构和储锂性能的影响

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机械工程材料 2024年第4期48卷 21-29页

作者：王之昕张惠李肖郭\磊梁雨婷官仕卿万宇杰冒爱琴国网冀北电力有限公司智能配电网中心秦皇岛066100 国网冀北电力有限公司北京100054 安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243032

以金属硝酸盐为氧化剂、甘氨酸为燃料,采用溶液燃烧法在750℃下制备尖晶石型(K_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))_(3)O_(4)高熵氧化物粉体,并将该粉体用作锂离子电池负极材料,研究了燃料与氧化剂的物质的量比(0.2,0.5,1.... 详细信息

以金属硝酸盐为氧化剂、甘氨酸为燃料,采用溶液燃烧法在750℃下制备尖晶石型(K_(1/6)Co_(1/6)Cr_(1/6)Fe_(1/6)Mn_(1/6)Ni_(1/6))_(3)O_(4)高熵氧化物粉体,并将该粉体用作锂离子电池负极材料,研究了燃料与氧化剂的物质的量比(0.2,0.5,1.0,1.5)对产物结构和储锂性能的影响。结果表明:所制备的高熵氧化物化学成分均匀且具有介孔结构;随着燃料与氧化剂的物质的量比的增加,高熵氧化物的结晶度、晶格常数、晶胞体积、比表面积和孔体积均增大,晶粒尺寸先减小后增大,最可几孔径先减小后增大再减小;当燃料与氧化剂的物质的量比为0.5和1.0时,所制备的粉体具有相似的比表面积和类似的孔结构,但是前者具有更小的晶粒尺寸和最可几孔径。当燃料与氧化剂的物质的量比为0.5时,制备的电极在0.2 A·g^(-1)小电流密度下循环100圈后放电比容量最高(1196 mA·h·g^(-1)),这与此时电极材料具有较小的晶粒尺寸和最可几孔径以及适中的结晶度有关;当燃料与氧化剂的物质的量比为1.0时,电极具有最优的倍率性能,在1.0 A·g^(-1)大电流密度下循环400圈后的放电比容量高达1133 mA·h·g^(-1),在3 A·g^(-1)大电流密度下的比容量保持率仍高达59.4%,这主要与较大的晶胞体积有关。

关键词：锂离子电池高熵氧化物尖晶石结构溶液燃烧法储锂性能

Sn/Fe-MOF及其衍生的多相氧化物的制备和储锂性能

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Sn/Fe-MOF及其衍生的多相氧化物的制备和储锂性能

作者：田光梅北方民族大学

学位级别：硕士

传统石墨负极材料因其低的理论容量,已无法满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。而金属氧化物作为锂离子负极材料具有高的理论比容量,来源广泛,价格低廉等优点,是非常有潜力的锂离子负极材料。但低的电子导电性和体积膨胀问题影响了... 详细信息

传统石墨负极材料因其低的理论容量,已无法满足人们对高能量密度锂离子电池的需求。而金属氧化物作为锂离子负极材料具有高的理论比容量,来源广泛,价格低廉等优点,是非常有潜力的锂离子负极材料。但低的电子导电性和体积膨胀问题影响了其商业化的应用。由于金属有机框架化合物（MOF）具有丰富的形貌和结构,本文设计合成了介孔结构的Sn/Fe-MOF,并以其为前驱体,合成了多相金属氧化物复合物,综合利用XRD、XPS、BET、SEM、TEM及电化学测试方法表征分析了MOF及其衍生物的形貌结构、物相组成及电化学储锂性能。主要研究内容如下:为了抑制金属氧化物脱嵌锂过程中的体积膨胀,采用多相金属氧化物和碳材料复合的策略,以对苯二甲酸（PTA）为配体,二价锡离子（Sn Cl）为中心金属离子,利用溶剂热法制备Sn-MOF并经高温烧结处理得到金属氧化物与碳的复合物。该复合物由Sn O、Sn O、Sn及无定形碳组成,TEM分析显示纳米级颗粒物Sn O、Sn O分散在无定形碳基体上。当PTA与Sn Cl摩尔比为1:1时,所得复合物在0.1 A·g下充电比容量达到1092.4 m Ah·g,在2 A·g下充电比容量仍达到308.9 m Ah·g,经过100次循环后容量保持率为56.8%。Sn-MOF衍生的金属氧化物与碳复合材料提高了电子和锂离子在活性颗粒表面的传输。利用双金属离子协同作用,以氯化铁（Fe Cl）和氯化亚锡（Sn Cl）为原料,PTA为配体以溶剂热法合成Sn/Fe-MOFs前驱体,在氩气气氛下500℃煅烧2 h制备出由Sn FeO、Sn O组成的具有异质结构的多晶体纳米颗粒。铁/锡摩尔比5:1时得到的SFO@C-5样品为无定形碳包覆的球形颗粒充放电过程中能够缓冲材料的体积膨胀和粉碎,提高材料的电子导电性。该样品表现出优异的电化学性能,在1 A·g时,经过100次循环后,脱锂比容量为427.7 m Ah·g,在大电流5 A·g下,脱锂比容量仍达到230.7 m Ah·g。双金属氧化物之间的异质结构有效地降低了材料的电荷转移阻抗并增大Li的扩散速率。以有机物HHTP为配体,Fe和Sn为中心金属离子制备了双金属中心的导电MOF。在0.1 A·g电流密度下,其首次充电比容量达到1122.1 m Ah·g,首次库伦效率为67.8%。在2 A·g下,经过300次循环后,脱锂比容量达到478.6 m Ah·g,容量保持率为87.2%。在5 A·g电流密度下,经过700次循环后,脱锂比容量为186.1m Ah·g,仍显示出55.6%的高容量保持率。CMOF-2复合材料表现出较高的充电比容量和循环效率。不同循环次数的反应机理结果表明,CMOF-2复合材料的颗粒形貌完整性较好,结构稳定及电荷转移阻抗低。

关键词：锂离子电池负极材料 Sn/Fe-MOF 储锂性能

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TiNbO@C的制备及其储锂性能研究

合成化学 2024年

作者：许静月马骏张慧敏王明玺张文峰军事科学院防化研究院武汉工程大学化学与环境工程学院

Ti2Nb10O29(TNO)作为一种新型负极材料，在快速充电和高安全性锂离子电池应用方面引起人们的关注。本文采用亚微米Nb2O5和纳米TiO2为反应物，在大尺寸Nb2O5表面预包覆碳层，再高温煅烧合成碳包覆TNO结构(TNO@C)。炭包覆有效抑制了TNO颗... 详细信息

Ti2Nb10O29(TNO)作为一种新型负极材料，在快速充电和高安全性锂离子电池应用方面引起人们的关注。本文采用亚微米Nb2O5和纳米TiO2为反应物，在大尺寸Nb2O5表面预包覆碳层，再高温煅烧合成碳包覆TNO结构(TNO@C)。炭包覆有效抑制了TNO颗粒的高温长大；在亚微米级颗粒尺寸效应与均匀包覆碳层的作用下，显著提高了负极材料的电子电导率和离子电导率。研究发现，900 ℃煅烧制得材料的性能最佳，在1 C和100 C下的比容量分别达到250.7和70.5 mAh g-1，在10 C下循环500圈后的容量保持率仍在92.1%以上，电化学性能较未经碳包覆的样品显著提高。

关键词：钛铌氧化物锂离子电池高倍率碳包覆储锂性能

不同充放电模式影响还原氧化石墨烯电极储锂性能的实验分析

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物理学报 2022年第6期71卷 212-223页

作者：张改谢海妹宋海滨李晓菲张茜亢一澜天津大学天津市现代工程力学重点实验室天津300350 天津大学机械工程学院力学系天津300350

针对充放电模式对电极储锂性能的影响开展综合实验研究与机理分析.设计了4种充放电模式,进行不同充放电模式下还原氧化石墨烯电极的储锂性能实验,并从电极动态反应性能和应变两方面开展实验分析充放电模式对储锂时间和容量的影响机理.... 详细信息

针对充放电模式对电极储锂性能的影响开展综合实验研究与机理分析.设计了4种充放电模式,进行不同充放电模式下还原氧化石墨烯电极的储锂性能实验,并从电极动态反应性能和应变两方面开展实验分析充放电模式对储锂时间和容量的影响机理.实验结果显示,不同充放电模式下电极储锂时间越短容量折损越多,综合数据分析指出电荷转移阻抗、扩散系数、过电位和应变均表现出了非线性和阶段性的特点.最后提出“大电流-小电流”模式为可行的充放电优化方案,利用电化学进程的非线性平衡了快充技术中时间和容量之间的矛盾,为快速充电技术的设计和优化提供了一定的指导.

关键词：充放电模式储锂性能动态过程机理分析

Sr阳离子和O阴离子空位缺陷调控工程提升钙钛矿Sr_(x)VO_(3-δ)储锂性能

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Science Bulletin 2022年第22期67卷 2305-2315页

作者：李小磊林紫锋金娜杨晓娇孙雷王园谢雷陈喜平雷力 Patrick Rozier Patrice Simon 刘颖 College of Materials Science and Engineering Sichuan UniversityChengdu 610065China Key Laboratory of Neutron Physics and Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering PhysicsMianyang 621999China Institute of Atomic and Molecular Physics Sichuan UniversityChengdu 610065China CIRIMAT UMR CNRS 5085UniversitéToulouse III Paul SabatierToulouse 31062France RS2E Réseau Français sur le Stockage Electrochimique de l’EnergieFR CNRS 3459Amiens Cedex 80039France

钙钛矿结构氧化物的空位缺陷调控工程在催化和太阳能电池等领域被广泛研究应用,本文进一步拓展了钙钛矿材料空位缺陷工程在储能领域的应用.使用钙钛矿Sr_(x)VO_(3-δ)材料为研究材料,通过调控溶胶燃烧过程中Sr/V化学计量比和还原温度,... 详细信息

钙钛矿结构氧化物的空位缺陷调控工程在催化和太阳能电池等领域被广泛研究应用,本文进一步拓展了钙钛矿材料空位缺陷工程在储能领域的应用.使用钙钛矿Sr_(x)VO_(3-δ)材料为研究材料,通过调控溶胶燃烧过程中Sr/V化学计量比和还原温度,精确控制样品中的Sr阳离子和O阴离子的空位浓度,并且保持了Sr_(x)VO_(3-δ)材料的钙钛矿结构.电化学研究结果表明,通过提高Sr阳离子和O阴离子空位缺陷浓度,Sr_(x)VO_(3-δ)电极比容量和倍率性能显著提升.其中,Sr空位缺陷的引入为锂离子提供了额外储锂位点和扩散通道,而O空位缺陷的引入则显著提升了Sr_(x)VO_(3-δ)电极的电导率和锂离子扩散系数.因此,空位缺陷工程为钙钛矿结构储能材料电化学性能的提升和设计提供了新思路.

关键词：太阳能电池锂离子扩散系数储锂性能空位缺陷钙钛矿材料倍率性能钙钛矿结构电化学性能