锑基纳米复合材料的制备及其及其电化学性能的研究

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金属锑由于具有较高的理论比容量,储量丰富,价格低廉等优点,在储能领域引起了人们的广泛关注和研究。但由于锑在充放电过程中由于锂离子的嵌入会形成Li3Sb,导致较大的体积膨胀(175%),可能导致电极的粉化,造成容量的不可逆的衰减。目前的研究进展表明设计合理的锑基纳米复合材料结构是缓解这一问题的有效方法之一。采用二硫化钼和碳作为包覆层,可以极大的缓解锑在嵌锂过程中产生的较大的体积膨胀,是一种有效的提高金属锑的倍率性能的方法。通过引入其它金属与锑形成金属间化合物,可以提高锑的利用率并且提供了软缓冲框架和导电网络,也是一种有效的改性方法。本文通过简单的水热、包覆、烧结过程,合成三种锑基纳米复合材料,分别为Sb@MoS2@C纳米复合材料,Sb@Sb2S3@MoS2@C纳米复合材料和Sb@CoSb2@C纳米球。本文的主要内容如下:(1)采用二硫化钼和碳作为包覆层,对硫化锑纳米棒进行包覆,然后在高温下还原硫化锑,最终合成了一种Sb@MoS2@C纳米复合材料。通过XRD和XPS分析,进一步确定了样品的组成成分和各组成元素的化合态,样品的形貌分析通常采用SEM和TEM表征,观察到此复合材料为半圆管状。将Sb@MoS2@C复合材料作为活性料进行电极制备,并对其进行电池性能测试。在电流密度为5 A g-1下,放电比容量为437 mAh g-1,说明Sb@MoS2@C纳米复合材料具有优异的高倍率性能,另外也具有较高的首循环库伦效率和优异的循环性能。(2)以硫化锑纳米棒作为锑源,磷钼酸和吡咯分别作为钼源和碳源,通过设置合理的烧结温度和时间,合成了一种Sb@Sb2S3@MoS2@C纳米复合材料。通过XRD和XPS分析,进一步确定了样品的组成成分和各组成元素的化合态。样品的形貌分析通常采用SEM和TEM表征,观察到此复合材料为类似棒状的结构,内部为锑与硫化锑,外部为二硫化钼和碳的片层。将Sb@Sb2S3@MoS2@C复合材料作为活性材料进行电极制备,并进行电化学性能测试。在电流密度为5 A g-1下,放电比容量为481mAh g-1,说明Sb@Sb2S3@MoS2@C纳米复合材料具有优异的高倍率性能,另外也具有较高的首循环库伦效率和优异的循环性能。(3)以三氯化锑作为锑源,多巴胺为碳源,合成的Sb2S3@PDA经过高温碳化得到了一种Sb@C纳米球结构。但Sb@C纳米球在测试中表现出了较差的倍率性能。引入适量的钴元素与锑形成金属间化合物CoSb2,得到一种Sb@CoSb2@C纳米球结构。通过XRD分析,确定了样品中含有部分的CoSb2,经过SEM分析,观察到Sb@CoSb2@C纳米球直径在100-150 nm之间,但具有团聚的现象。将Sb@CoSb2@C纳米球作为活性材料进行电极制备,并进行电池性能测试。在电流密度为5 A g-1下,放电比容量为476 mAh g-1,说明Sb@CoSb2@C纳米复合材料具有优异的高倍率性能,另外也具有较高的首循环库伦效率和优异的循环性能。
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