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石墨负极理论比容量为372mAh g-1,与金属硫化物硫化铋相比较低,硫化铋在安全的操作电压范围内其理论比容量为625.0mAh g-1。然而,当用于锂离子储能体系时,硫化铋面临着一系列的挑战,包括低的电子导电性,巨大的体积变化,电解质中的副产物溶解,以及电极与电解质之间的副反应,导致材料较低的倍率性能和快速的容量衰减。本文通过自组装花状硫化铋和以花状硫化铋为基底生长二硫化钼纳米复合材料的合成,以优化提高锂离子电池的寿命,倍率性等性能。这篇论文的主要研究内容如下:
(1)氮掺杂碳包覆的自组装花状硫化铋的制备及其电化学性能的研究:本章通过一步水热法成功的合成了花状的硫化铋,然后通过简单的水系聚合反应在其表面包覆一层多巴胺聚合物,然后经过高温煅烧使包覆层转化为含氮的碳包覆层。这层含氮量丰富的碳包覆层可加快电子的转移速率,避免电极材料和电解液的直接接触减少多硫化物溶解,缓解充放电过程中花状硫化铋的体积膨胀,应用在锂离子电池并显示出了良好的电化学性能:较高的容量(在电流密度为0.2A g-1,经过224次充放电循环电池的容量为1001.7mAh g-1,容量保持率为78.5%),较高的倍率性能(电流密度为2.5Ag-1时,电池的容量为543mAhg-1)和较长的寿命(在电流密度为1.0A g-1时经过950次充放电循环,电池的容量为616.7mAh g-1)。
(2)氮掺杂碳包覆的球形硫化铋和二硫化钼纳米复合材料的制备及其电化学性能的测试:以花状硫化铋为基底,通过水热反应在基底上生长二硫化钼,经过水系聚合反应,将多巴胺引入,然后经过高温煅烧,制备氮掺杂碳包覆的球形二硫化钼和硫化铋(Bi2S3@MoS2@CN)。并对其电化学性能进行测试,显示了优异的电化学性能:在电流密度为0.1A g-1,电池的首次可逆充放电容量为1297.2mAh g-1和942.0mAh g-1,对应的首次充放电循环的库伦效率为72.62%,电流密度为2A g-1,电池容量保持在689.7mAh g-1,并且当电流密度重新设为1A g-1时,经过400次充放电循环,电池的容量保持在985mAh g-1。
(1)氮掺杂碳包覆的自组装花状硫化铋的制备及其电化学性能的研究:本章通过一步水热法成功的合成了花状的硫化铋,然后通过简单的水系聚合反应在其表面包覆一层多巴胺聚合物,然后经过高温煅烧使包覆层转化为含氮的碳包覆层。这层含氮量丰富的碳包覆层可加快电子的转移速率,避免电极材料和电解液的直接接触减少多硫化物溶解,缓解充放电过程中花状硫化铋的体积膨胀,应用在锂离子电池并显示出了良好的电化学性能:较高的容量(在电流密度为0.2A g-1,经过224次充放电循环电池的容量为1001.7mAh g-1,容量保持率为78.5%),较高的倍率性能(电流密度为2.5Ag-1时,电池的容量为543mAhg-1)和较长的寿命(在电流密度为1.0A g-1时经过950次充放电循环,电池的容量为616.7mAh g-1)。
(2)氮掺杂碳包覆的球形硫化铋和二硫化钼纳米复合材料的制备及其电化学性能的测试:以花状硫化铋为基底,通过水热反应在基底上生长二硫化钼,经过水系聚合反应,将多巴胺引入,然后经过高温煅烧,制备氮掺杂碳包覆的球形二硫化钼和硫化铋(Bi2S3@MoS2@CN)。并对其电化学性能进行测试,显示了优异的电化学性能:在电流密度为0.1A g-1,电池的首次可逆充放电容量为1297.2mAh g-1和942.0mAh g-1,对应的首次充放电循环的库伦效率为72.62%,电流密度为2A g-1,电池容量保持在689.7mAh g-1,并且当电流密度重新设为1A g-1时,经过400次充放电循环,电池的容量保持在985mAh g-1。