【摘 要】
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近年来,钠离子电池作为极具应用潜力的能源储存转换系统而备受关注。过渡金属硫化物具有良好的氧化还原可逆性、高的理论容量、资源丰富等优点。但是其用于钠离子电池负极时普遍存在导电性差、体积膨胀变化大的缺点,这导致其实际容量偏低、循环稳定性差。针对该问题,本文采用多种制备方法将过渡金属硫化物与碳基材料复合,缓冲其体积膨胀,增强其导电性、循环稳定性,并对复合材料的结构、电化学性能进行研究。研究内容如下:1、
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近年来,钠离子电池作为极具应用潜力的能源储存转换系统而备受关注。过渡金属硫化物具有良好的氧化还原可逆性、高的理论容量、资源丰富等优点。但是其用于钠离子电池负极时普遍存在导电性差、体积膨胀变化大的缺点,这导致其实际容量偏低、循环稳定性差。针对该问题,本文采用多种制备方法将过渡金属硫化物与碳基材料复合,缓冲其体积膨胀,增强其导电性、循环稳定性,并对复合材料的结构、电化学性能进行研究。研究内容如下:1、以二水草酸镍和聚苯乙烯磺酸钠为原料,采用简单的一步合成法制备了超薄硫掺杂类石墨烯碳(S/C)包覆Ni3S2/Ni复合材料(Ni3S2/Ni@S/C)。Ni3S2/Ni@S/C中的S/C不仅能提升材料的导电性,而且还能有效缓解充/放电过程中电极大的体积膨胀,使电极结构更稳定。复合材料中存在的单质Ni在提高材料导电性的同时还能促进充/放电过程中Ni3S2的转化,从而增强其结构稳定性。Ni3S2/Ni@S/C电极在电流密度为100 mA g-1时,循环120圈后的放电比容量高达318.2 mA h g-1;在大电流密度1000 mA g-1下循环250圈后的可逆比容量为212.7 mA h g-1。即使在2000 mA g-1电流密度下,其容量仍能实现223.9 mA h g-1。2、以氮掺杂中空碳纳米立方体(C)为前驱体,通过溶剂热法制备了C@MoS2。在其表面包覆一层聚多巴胺(PDA)后高温碳化,最终制得双层氮掺杂碳夹覆MoS2纳米立方体复合材料(C@MoS2@C)。其具有的双层氮掺杂碳具有微观限域固Mo作用,保证MoS2在充放电时微观结构复原。氮掺杂碳层中含有的部分钼的氧化物,在充放电过程中通过C─O─Mo键对Mo原子进行有效约束、固定。MoS2微观结构在放电状态结束时完全坍塌,并在随后充电过程中完全复原,具有一定的记忆效应。氮掺杂碳不仅能有效缓冲电极的体积膨胀变化而且还能增强离子及电子的快速传输,使C@MoS2@C的结构更稳定。C@MoS2@C电极在电流密度为1 A g-1,循环1800圈后的比容量为324.1 mA h g-1;在超高电流密度20 A g-1下,其容量仍可达200 mA h g-1。当C@MoS2@C电极在大电流密度10 A g-1下超长循环10000圈时,其循环稳定性同样优异;在循环1000圈后,其容量为177.8mA h g-1,超长循环10000圈后其容量仍高达163.9 mA h g-1。
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