硫化亚铁正极材料的制备与表征及其在储锂/储钠方面的应用

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能源问题是制约人类发展的重要问题,近些年来,随着人们生活中的各种需求日益增加,这个问题更加凸显。电池技术是如今制约电动汽车发展的一个主要瓶颈,开发大容量密度、高功率密度、安全可靠的锂离子电池是人们如今关注的热点。提高锂离子电池性能的关键在于开发出合适的电极材料,寻找拥有优越储锂性能的电极材料是科研人员如今的努力方向。另外,钠离子电池作为一种新型电池,因钠在自然界中的丰富储量,有潜力应用在大型储能设备当中,近年来也受到关注。金属硫化物因其高比容量、丰富的资源储备、原料的低毒性,得到大量的研究。本论文着重于锂离子电池正极材料的研究,主要对硫化亚铁材料进行多方面的改性,通过碳包覆、引入碳隔层、碳纳米管等手段,提高材料在锂离子电池中的性能,并尝试将其作为电极材料应用在钠离子电池当中。在本文的第一章,作者简要介绍了锂离子电池和钠离子电池的工作原理,并对如今较为常见的电极材料进行了简要的概述。在第一章的结尾,对本文的创新点以及所用到的实验方法、研究思路等进行了叙述。论文的第二章中,作者列出了实验中所用到的试剂,并将论文中用到的合成方法、测试手段进行了简要介绍。在论文的第三章,作者制备出普鲁士蓝立方体微颗粒,将其作为模板,通过水热合成、固相烧结等后续处理,制备出FeS/C复合材料,并通过引入碳纳米管,合成出碳纳米管嵌入FeS/C结构材料,改善了材料的储锂性能。在此基础上,作者将静电纺丝方法制备的聚合物纳米线薄膜煅烧后得到的碳纤维薄膜作为碳隔层应用于FeS/C组成的半电池中,碳隔层的存在大大抑制了充放电的中间产物S的溶解,有效提高的电池的稳定性,在50次循环之后,可逆容量稳定在325mAhg-1左右。论文的第四章,作者通过水热法将FeS负载在碳布纤维上,进一步经过固相烧结,合成出自支撑的碳纤维负载碳包覆硫化亚铁材料。这种柔性自支撑的电极薄膜可以直接用于电池的电极材料,避免了使用对电池容量无贡献的粘结剂,可以提高电池的比能量。当其用于锂离子电池时,在0.15C和7.5C的电流密度下,电池可逆容量分别高达420mAhg-1和370mAhg-1。论文的第五章,作者介绍了研究生期间的其它方面的工作。主要研究了多孔碳球、碳纳米管、石墨烯等不同维度的碳材料对于改性氧化锗负极材料的效果,得出负载于多孔碳球中材料的性能最为优越,并分析了其原因。论文的第六章是作者对本论文的工作总结,对不足之处进行了分析介绍,并就此对未来的研究工作进行了展望。
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