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超级电容器和锂离子电池是目前主流的两大类电化学储能器件。超级电容器具有功率密度高、循环寿命长和安全性能好等优点,在大功率充放电设备中应用广泛;而锂离子电池的高能量密度则适用于能量密度饥渴型应用场景。近年来,过渡金属磷化物因其超高的理论容量和其固有的半金属性质所导致的高导电性,成为高性能超级电容器以及锂离子电池的优异电极材料,受到研究者的广泛关注。本文通过便捷、高效的一步固相合成法制备了碳包裹磷化镍(NixPy@C)、磷化镍/碳纳米管(Ni2P@C/CNT)、磷化铁/碳纳米管(Fe P/C/CNT)等过渡金属磷化物/碳纳米复合材料,研究所制备复合材料形貌、比表面积及孔径结构等理化性能与其电化学性能间的构效关系,并将所制备的材料用作超级电容器及锂离子电池电极材料组装超级电容器和锂离子电池器件,系统考察了所组装器件的电化学储能性能。(1)以甲酸镍作为镍源,三苯基膦做为磷源,通过一步固相合成法制备了系列NixPy@C纳米材料。通过控制反应温度,在300℃、350℃和400℃的煅烧温度下可获得Ni2P@C、Ni5P4@C、Ni P2@C纳米复合材料。所获得的Ni2P@C、Ni5P4@C、Ni P2@C纳米复合材料具有优异的电化学性能,在三电极体系中1 A g-1的电流密度下比容量分别达到156.5 m Ah g-1,187.2 m Ah g-1和197.2 m Ah g-1,并且在1000次循环后分别保持了73.8%、82.8%和84.3%以上的初始比容量。与互连分级多孔碳材料(IHPC)组装的不对称超级电容器器件Ni2P@C//IHPC、Ni5P4@C//IHPC和Ni P2@C//IHPC在1 A g-1的电流密度下表现出了59.9 m Ah g-1、55.9 m Ah g-1和63.0 m Ah g-1的高比容量,经20000次循环后分别保持了84.7%、87.7%和83.8%的初始比容量,具有高的电荷存储容量和良好循环性能。不对称超级电容器器件Ni P2@C//IHPC在0.89 k W kg-1的比功率下显示出50.38 Wh kg-1的高比能量,而器件Ni2P@C//IHPC、Ni5P4@C//IHPC在1.01 k W kg-1和0.95 k W kg-1的比功率下分别显示出47.94 Wh kg-1和44.67 Wh kg-1的高比能量。(2)以甲酸镍、三苯基膦以及碳纳米管为原料,通过便捷、高效的一步固相合成法制备了Ni2P@C/CNT纳米复合材料。系统考察碳纳米管添加量对复合材料电化学性能的影响了。结果表明,碳纳米管的添加量为9 mg时所获得的Ni2P@C/CNT纳米复合材料具有最优异的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下具有378.5 m Ah g-1的超高比容量,在20 A g-1电流密度下具有良好的倍率容量(189.3 m Ah g-1)。组装的Ni2P@C/CNT//IHPC不对称超级电容器,在1 A g-1的的电流密度下表现出了84.3 m Ah g-1的高比容量,并且该不对称超级电容器在经过10000次循环后,表现出了超过90.2%的初始比容量保持率,具有良好的循环性能。组装的不对称超级电容器Ni2P@C/CNT//IHPC在0.84 k W kg-1的功率密度下可提供67.47 Wh kg-1的高能量密度。所制备Ni2P@C/CNT纳米复合材料在锂离子电池中同样发挥出了优异的电化学性能。Ni2P@C/CNT电极作为锂离子电池的负极材料,在100 m A g-1的小电流密度下表现出了329 m Ah g-1的比容量,循环100次后,容量保存率接近100%,提供了令人满意的循环稳定性。以上结果表明所制备Ni2P@C/CNT纳米复合材料在电化学储能设备中具有巨大潜力。(3)以乙酸铁、三苯基膦以及碳纳米管为原料,通过便捷、高效的一步固相合成方法制备了Fe P/C/CNT纳米复合材料。考察了碳纳米管添加量对所制备的Fe P/C/CNT纳米复合材料可电化学性能的影响。结果表明,碳纳米管的添加量为10mg时所获得的Fe P/C/CNT纳米复合材料具有最优异的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下具有124.4 m Ah g-1的高比容量,在10 A g-1的电流密度下具有良好的倍率容量(63.2 m Ah g-1)。将其与上一章所制备的Ni2P@C/CNT纳米复合材料组装的不对称超级电容器Ni2P@C/CNT//Fe P/C/CNT在1 A g-1的电流密度下表现出了83.2 m Ah g-1的高比容量,并且该不对称超级电容器在经过10000次循环后表现出了超过61%的容量保持率,具有良好的循环性能。在0.89 k W kg-1的功率密度下所组装Ni2P@C/CNT//Fe P/C/CNT非对称超级电容器可提供70.73 Wh kg-1的高能量密度。所制备Fe P/C/CNT纳米复合材料在锂离子电池中同样发挥出了优异的电化学性能。作为锂离子电池的负极材料时在100 m A g-1的小电流密度下表现出了601.8 m Ah g-1的比容量,在2000 m A g-1电流密度下经1000次充放电循环后仍能保持初始容量的90.9%,并且库伦效率几乎没有变化。