【摘 要】
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受“双碳目标”政策的鼓励,锂离子电池已经成为新能源行业的热点。其中,负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素。铁基硫化物(如FeS、FeS2和Fe1-xS)因具有较高的理论比容量,并且价格低廉、环境友好,被认为是最有前途的锂离子电池负极材料之一。然而,铁基硫化物较差的电子导电性以及在充放电过程中严重的体积膨胀制约了其实际应用。本论文运用硫球为模板结合水热反应和高温煅烧构建了具有中空核壳结构的氮掺杂碳
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受“双碳目标”政策的鼓励,锂离子电池已经成为新能源行业的热点。其中,负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素。铁基硫化物(如FeS、FeS2和Fe1-xS)因具有较高的理论比容量,并且价格低廉、环境友好,被认为是最有前途的锂离子电池负极材料之一。然而,铁基硫化物较差的电子导电性以及在充放电过程中严重的体积膨胀制约了其实际应用。本论文运用硫球为模板结合水热反应和高温煅烧构建了具有中空核壳结构的氮掺杂碳包覆的二硫化铁（FeS2@N-C）电极材料。探索了碳包覆量与热处理温度对电极材料的影响。当多巴胺用量为60 mg,热处理温度为400℃时,FeS2@N-C复合材料在电流密度为2 A g-1下,循环1000圈后仍可维持600 m Ah g-1的高放电比容量,表现出较好的循环稳定性和倍率性能。优异的电化学性能归因于FeS2纳米颗粒限制在具有可调内部空间的碳壳中,该结构提供了足够的空间来缓冲FeS2层球壳在电化学过程中的体积变化;同时外部碳层提高材料导电率,进而提升其电化学性能。在此基础上,为进一步提升复合材料的电子导电性,通过静电组装引入高导电性的还原氧化石墨烯制得具有3D导电网络的中空核壳FeS2@N-C@rGO复合材料。该电极材料在电流密度为5 A g-1,进行700次循环后仍可维持340 m Ah g-1的放电比容量,表现出良好的循环稳定性。FeS2@N-C@rGO复合材料性能的提升是由于中空核壳的独特结构缓解了材料嵌锂/脱锂时体积变化,石墨烯的引入与外部碳层形成协同作用,在增加材料导电性和提升离子反应动力学的同时进一步缓解体积膨胀进而改善电化学性能。
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