锑基复合材料的制备及其电化学性能研究

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作为锂离子电池的一种有希望的替代品,钠资源丰富,对环境友好,使得钠离子电池已经引起越来越多的关注。与锂离子电池相比,钠离子电池面临的主要挑战是寻找一个合适的能够有效地承载直径较大的钠离子的电极材料。所以,现在的研究都致力于寻找具有高性能的新型钠离子电池负极材料。因为锑基复合负极材料(Sb,Sb合金复合材料,Sb2O3和Sb2S3复合材料)拥有高的理论容量,因此受到了广泛的关注。但是,锑基材料在充放电过程中会产生390%的巨大体积膨胀,导致严重的容量衰减,限制了它的实际应用。本文通过一些简单的合成方法制备出一系列复合材料,来改善电化学性能,具体的研究内容如下:(1)我们通过一个简单的热回流的方法制备出了Sb/CNT纳米复合材料,并且将这种材料应用到了钠离子电池负极,在0.1 A g-1的电流密度下测试,首次放电比容量高达628.6 m Ah g-1。与纯的金属Sb电极相比,Sb/CNT纳米复合材料还展现出了非常好的倍率性能和循环稳定性,也为用于储能的新型复合材料的研究提供了思路。(2)通过一种简单两步水热的方法成功的合成了一种Sb2S3/MoS2异质结的纳米复合材料,并且研究了其作为钠离子电池负极的电化学性能。在我们所设计的结构中,二硫化钼纳米片包覆在硫化锑纳米棒上形成了核壳结构,异质结结构能够提高材料的界面反应动力学,使得电子在两种材料的内部界面上转移的更容易并且增加电导率。与纯的硫化锑和二硫化钼对比,Sb2S3/MoS2异质结作为钠离子电池负极材料表现出更高的比容量,出色的循环性能和倍率性能。(3)在之前合成Sb2S3/MoS2异质结构的纳米复合材料的基础上,我们在合成好的Sb2S3/MoS2材料的基础上包覆了一层多巴胺形成了Sb2S3/MoS2纳米棒,之后通过在Ar气保护下的高温碳化和热还原,成功的制备出了一种Sb/MoS2@C纳米材料,并且研究了它的电化学性能。Sb/MoS2@C负极材料表现出了非常高的比容量,极好的循环性能和倍率性能。该材料之所以表现出优异的电化学性能,是由于其独特的纳米结构,Sb的纳米颗粒在充放电过程中体积膨胀受到C和MoS2层的限制,并且避免Sb与电解液的直接接触。这个独特的结构将会拓宽以后在高性能钠离子电池负极材料研究方面的视野。
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