过渡金属硫化物/石墨烯复合正极材料的制备及应用研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huweiguangkaka
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石墨烯材料是当下研究的热点材料之一,石墨烯具有优异的导电性,较大的比表面积,良好的化学稳定性和机械强度,在纳米复合材料和电化学储能领域应用广泛。本文通过水热法制备出金属硫化物/石墨烯复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子电镜(SEM)、差热分析仪(DTA)以及激光粒度分布仪等技术对所制备材料的物性进行了表征;以LiSi合金为负极,以LiCl-KCl、LiF-LiCl-LiBr熔盐为电解质,采用粉末压片技术进行单体电池的制备,对所制备材料的放电性能进行测试。论文主要内容如下:1.通过调节NiCl2·6H2O、CoSO4·7H2O的摩尔比例,采用水热法合成了不同x值的NixCo1-xS2材料,通过对其热电池放电性能进行研究,结果表明,Ni含量的增加有利于放电平台电压和放电比容量的提高,但Ni含量过多时,较高的内阻极化会影响正极材料放电性能;当x=0.3时,单体电池具有最佳的放电性能,放电过程中内阻增幅相对较小,截止到1.5V时放电比容量达到276.5mAh/g。2.采用水热法制备出FeS2/RGO,并通过进一步的热还原处理后,将其用作热电池正极材料。在450℃下,LiSi/LiCl-KCl(MgO)/(FeS2/RGO)单体电池放电起始电压为1.818V,截止1.5V时放电比容量为314.9 mAh·g-1;在500℃下LiSi/LiF-LiCl-LiBr(MgO)/(FeS2/RGO)单体电池放电起始电压为1.898V,截止1.5V时放电比容量为302.3 mAh·g-1。与FeS2相比,石墨烯的加入提高了FeS2的放电比容量,同时单体电池在放电过程中内阻极化较小,说明FeS2/RGO作为正极材料能提高单体电池的放电性能。3.通过水热法制备出不同石墨烯含量的CoS2/RGO复合材料,并通过进一步的热还原处理后,将其用作热电池正极材料,在500℃采用LiF-LiCl-LiBr电解质在200mA/cm2电流密度下恒电流放电时,截止到1.5V时,CoS2和CoS2/RGO-a、CoS2/RGO-b、CoS2/RGO-c、CoS2/RGO-d的放电比容量分别为266.0 mAh/g,289.1mAh/g,294.1 mAh/g,327.0 mAh/g,317.0 mAh/g;截止到0.1V时,放电比容量分别为843.9 mAh/g,846.2 mAh/g,845.5 mAh/g,852.4 mAh/g,842.4 mAh/g。在放电过程中,CoS2/RGO复合材料的放电电压下降较CoS2慢,第一放电平台电压较CoS2平稳,放电时间和放电比容量均高于CoS2,其中CoS2/RGO-c的放电性能相对较好。采用LiCl-KCl电解质对CoS2/RGO-c正极材料在450℃和100mA/cm2电流密度下恒电流放电时,初始放电电压为1.842V,截止1.5V时放电比容量为314.9 mAh·g-1,截止到0.1V时放电比容量为651.7 mAh·g-1。
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