【摘 要】
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世界对能源需求的不断增加促进了以化学能转化为电能的电池技术的发展。镁离子电池因镁资源丰富、价格低廉、理论容量高和安全性好的优点被当作锂离子电池的潜在替代品。CuS因其理论容量高,环境友好,成本低,导电性高的优点受到研究人员的关注。但CuS作为电池正极材料,存在着室温下放电容量不高、循环过程中容量衰减严重、库伦效率特别是首次库伦效率低等问题。本文制备了不同形貌的CuS,系统研究了CuS正极材料的电化
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世界对能源需求的不断增加促进了以化学能转化为电能的电池技术的发展。镁离子电池因镁资源丰富、价格低廉、理论容量高和安全性好的优点被当作锂离子电池的潜在替代品。CuS因其理论容量高,环境友好,成本低,导电性高的优点受到研究人员的关注。但CuS作为电池正极材料,存在着室温下放电容量不高、循环过程中容量衰减严重、库伦效率特别是首次库伦效率低等问题。本文制备了不同形貌的CuS,系统研究了CuS正极材料的电化学性能和反应机理,论文取得的主要研究结果如下:（1）采用沉淀法合成了由CuS纳米片组装而成的CuS纳米球,纳米球直径在200-250nm。以CuS纳米球为正极材料的镁离子半电池在56 m A/g（0.1 C倍率）的电流密度下实现放电初始容量为416m Ah/g（理论容量的74.29%）,并在100次循环后保持为132m Ah/g。但电池的倍率性能较差,相比0.1 C倍率,在0.2 C、0.5C和1.0 C倍率下的首次放电容量下降比率分别为27.64%、37.98%和67.07%。（2）采用水热法合成不规则的纳米CuS颗粒,其粒径约为500 nm。以CuS纳米颗粒为正极材料的镁离子半电池在56 m A/g（0.1 C倍率）的电流密度下实现放电初始容量527 m Ah/g（理论容量的94.10%）,100次循环后容量为185m Ah/g,200次循环后仍然能保持在119 m Ah/g。在0.2、0.3、0.4、0.5和1.0 C倍率下的首次放电容量依次为520、515、444、458和384 m Ah/g,相比0.1 C倍率,首次放电容量下降比率依次为1.32%、2.28%、15.75%、13.09%和27.13%。相比使用沉淀法合成的CuS,使用水热法合成的CuS组装的电池首次库伦效率提升了44%,首次放电容量提升27%,100次循环后的放电容量提升了40%,0.2、0.5和1.0 C的倍率下的首次放电容量分别提升73%、78%和180%,首次放电容量保持率分别提升55%、169%和4147%。
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