原位构筑纳米结构FeS(Se)_x杂化材料及其电化学性能的研究

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锂离子电池由于具有高的能量密度,功率密度,无污染和较长的寿命等特点已经被广泛应用。而现在应用最多的商业负极材料石墨只有较低的372 mAh g-1的理论容量,不能满足有更高能量和功率密度要求的储能设备,如电动汽车,混合动力汽车。因此,开发一种新的负极材料来解决这些问题是必要的。过渡族金属硫族化物由于具有高的理论容量和结构稳定性被认为是一种十分有前景的锂离子电池负极材料。本文主要研究了铁基硫族化合物作为负极材料的电化学性能。研究内容如下:(1)三维花状Fe S作为高倍率锂离子电池负极材料的研究:通过简单可行的方法制备出铁基花状前驱体,之后对其进行高温硫化,制备出具有多孔结构的花状FeS。作为锂离子电池负极材料表现出了优异的电化学性能,高倍率性能(在5A g-1的高电流密度下它的放电比容量依然达到了779.0 mAh g-1)和循环稳定性(1.0A g-1的电流密度下循环100次后依然保留了900 mAh g-1的放电比容量)。特殊的结构提升了锂离子的运输速率,缓解了锂离子脱嵌过程中产生的体积变化。(2)通过一步同时硫化和氮化MIL-88A-Fe前驱体,成功制备出了棒状Fe-N-Fe1-x-x S@C复合材料。形成的低价态的Fe-N-C能够充当多硫化物的吸附剂和电催化剂,促进了硫化锂和Fe1-x-x S的置换反应,而且多孔棒状结构能够缩短锂离子的传输路径从而增强了Fe1-x-x S的氧化还原反应动力学过程,而且小尺寸的层级结构也缓解了体积膨胀。因此表现出了优异的电化学性能,高倍率下仍表现出了优异的放电比容量(5 A g-1,850.0 mAh g-1)和循环稳定性(1.0 A g-1循环100次仍有950mAh g-1)。(3)通过简单可性的一步固态反应过程大量合成了具有多孔结构的棒状Fe3Se4/C复合材料。碳的引入不仅造就了材料特殊的形貌和结构,而且增强了材料的导电性和结构稳定性。从而表现出了优异的电化学性能,高倍率性能(5 A g-1,329.1 mAh g-1),循环稳定性(在1.0 A g-1电流密度下循环100次之后人能保持434.4 mAh g-1的可逆容量)。
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