锑基复合材料在钠离子电池中的应用

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tian1_sheng2_wo3_cai
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锑(Sb)由于具有660mAh g-1的高理论容量,因此被认为是钠离子电池(SIB)的有吸引力的负极材料,但是Sb被发现当其应用在钠离子电池中时具有严重的体积膨胀。将Sb与碳质材料结合已被认为是解决严重体积膨胀问题的有效方法。Sb/C复合材料主要有两种类型,即限制在碳基质内部的Sb和沉积在碳基质表面的Sb,它们都显示出优异的钠存储性能。然而,还不清楚哪种结构对实现高电化学性能更有利。在这项工作中,我们提出一种方案,使用同一种合成方法,经过不同的处理得到了两种结构不同的Sb/C复合材料。两种材料的碳基质的形态和组成以及Sb的粒径相同,而Sb的位置却不同,并对两种不同结构的材料分别做了电化学分析进行对比。主要研究内容如下:(1)首先,用水热法合成粗细均一的Cu纳米线,然后使用水热法以及高温烧结在Cu纳米线外包上一层C壳,这种C壳粗细均匀,紧密平整,能完全包裹住Cu纳米线,将Cu约束在C纳米管内,形成Cu@C结构。Cu@C结构可以使C纳米管包覆Cu纳米线不与外界空气相接触,同时可延缓其被氧化以及与其他物质反应。(2)然后,把Cu@C经过不同的处理方式投入SbCl3-DMSO反应体系,通过纳米约束电流置换反应合成了符合上述问题的两种不同结构的Sb/C的复合材料,分别是Sb颗粒被约束在C纳米管内部的豌豆荚状的Sb@C纳米管和Sb颗粒附着在C纳米管外壁的玉米状的C@Sb纳米管。并把这两种材料用作钠存储的模型材料来探讨上述问题。(3)将豌豆荚状的Sb@C纳米管和玉米状的C@Sb纳米管分别进行电化学分析,发现当被用作为SIBs的负极材料时,豌豆荚状的Sb@C显示出比玉米状的C@Sb更高的倍率能力和明显更好的长期循环稳定性。电化学分析表明,豌豆荚状Sb@C表现出更快的Na+和电子传输动力学以及更高比例的表面电容。这些结果证明了纳米约束结构的结构优势,同时为合理设计和构造高性能电化学储能Sb基负极材料提供了有价值的信息。
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