钠离子电池硒化锑负极材料的设计制备及性能研究

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钠元素具有资源丰富、价格低廉且分布广泛的天然优势,因此钠离子电池有望成为锂离子电池的替代者,实现大规模低成本的商业化生产。然而钠离子半径大,使它在电极材料的可逆脱嵌和动力学过程会受到阻碍。因此选择合适的电极材料和设计新型的电极结构来构建钠离子电池的电极,能够有效的促进钠离子电池的快速发展。在众多的负极材料中,硒化锑理论容量高,成本低,被认为是一类理想的钠离子电池电极材料。然而硒化锑材料在循环过程中,较差的电子导电率和严重的结构坍塌会影响其电化学性能。因此本文以碳基质为导电网络,设计了硒化锑二元复合材料,以提高硒化锑作为钠离子电池负极材料时的电化学性能,具体研究内容如下:(1)选择四种电解液体系,进行电导率测试;分别将四种体系的电解液应用于钠离子电池,进行充放电测试、CV测试和EIS测试等电化学测试。实验结果表明,在4中电解液体系中,1M Na Cl O4的EC与PC(体积比1:1)溶液(5%FEC)电解液体系的电导率最大,硒化锑/碳复合材料在该电解液体系下的钠离子电池中所形成的SEI膜结构最稳定,对应的RSEI阻值最小,电池的循环稳定性最好,从而使该电解液体系下的电池整体性能优异,容量保持率最高。(2)采用高温煅烧法制备多孔碳,并以溶剂热法制备硒化锑与多孔碳的复合材料,确定最佳的反应体系、反应时间和温度。通过改变碳源的添加比例,制备了不同负载量的复合材料。应用于钠离子电池,电流密度为100 m A g-1,首次充放电容量分别为610.5m Ah g-1和880.1 m Ah g-1,初始库仑效率为69.4%;不同负载量的Sb2Se3/C电极材料在电流密度为100 m A g-1下测试循环性能,负载质量分数为40%的Sb2Se3的电极材料性能最佳;经测试Sb2Se3/C(40%)电极的倍率性能,其相比于Sb2Se3电极,可逆性明显更优。实验结果表明,在硒化锑里掺杂多孔碳可以显著提高硒化锑负极材料的电化学性能。(3)采用溶剂热法,在最佳的反应温度和反应时间下,制备了长度为1μm,直径约100 nm的一维棒状的Sb2Se3,并与二维的r GO复合制备了Sb2Se3/r GO纳米复合材料。应用于钠离子电池,复合材料在电流密度为100 m A g-1条件下,放电比容量为886 m Ah g-1,充电比容量为583 m Ah g-1;在电流密度为100 m A g-1时,循环50圈后,可逆容量保持为448.6 m Ah g-1,该复合材料具有较好的循环性能;测试对比了复合材料和纯硒化锑材料在不同电流下的倍率性能,复合材料表现出更好的倍率性能和循环稳定性。实验结果表明,将硒化锑与r GO复合,能够显著提高硒化锑作为负极材料时的电化学性能。
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