论文部分内容阅读
近年来,作为新型高性能锂离子电池负极材料,过渡金属磷化物由于具有理论容量较高以及来源丰富的优点而受到广泛关注。但由于其在首次效率、循环寿命和倍率性能上的不足,限制了其开发应用。本论文工作针对以上问题,设计并制备了不同结构和组成的过渡金属铁钴镍磷化物材料,研究了材料的结构和组成以及应用于锂离子电池负极时的电化学性能。主要研究内容及结果如下:1.用Fe2Ni MIL-88作为前驱体,NaH2PO2作为磷源,经一步热处理制备了FexNi2-xP/P-C纳米棒。该方法在简化制备过渡金属磷化物流程、降低材料中的氧含量的同时,能获得过渡金属磷化物与碳的复合材料。该材料作为锂离子电池负极时,表现出优异的电化学储锂性能。主要归因于:(1)FexNi2-xP材料的多孔性及纳米化;(2)材料中含有丰富的碳,这不仅有助于于导电网络的形成,还可缓冲充放电过程中电极材料体积的变化,以延长锂离子电池的循环寿命。2.利用植酸在还原气氛下热解产生P的特性,将植酸与过渡金属离子的络合物作为前驱体合成过渡金属磷化物。在还原气氛下,前驱体中植酸原位分解产生的P与过渡金属离子反应生成过渡金属磷化物。该方法能充分利用磷源,减少污染,降低制备过渡金属磷化物的成本。利用这种方法,成功制备了 CoP/C纳米盒。用于锂离子电池负极材料时,表现出较好的充放电性能。另外,该材料也可作为高活性长寿命HER催化剂。3.以碳布作为基底,植酸作为磷源,采用还原浸渍法制备了一体化柔性CoP@CC电极。该制备方法简单、环保,还可简化装配锂离子电池过程,有效的提高电池的倍率性能。4.基于氨基三亚甲基膦酸(ATMP)具有在还原气氛下热解产生P和杂原子掺杂的碳基底的特性,采用ATMP作为原位磷源,进一步优化制备过渡金属磷化物的步骤。利用此原理,首先将ATMP与Co2+进行络合产生Co-ATMP前驱体,然后将前驱体在还原气氛下进行热处理来得到CoP/NPC。该方法能将过渡金属磷化物与氮磷共掺的碳基底相复合,碳基底的存在不但有助于有效导电网络的形成,还能够延缓电极材料结构在充放电过程中的坍塌,从而使材料的电化学性能得到提升。5.通过采用不同锌钴比例的ZIF-L作为前驱体,合成了一系列的二维锌-钴氧化物多孔纳米片,研究了不同锌钴比例对材料电化学性能的影响,以及锌钴在电化学过程中的反应机理。