硫化物锂/钠离子电池负极材料的制备与电化学性能研究

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石墨由于充放电电位和理论比容量较低,不适用于下一代锂离子电池;由于钠离子尺寸较大,石墨不能用作钠离子电池负极材料,所以寻找高性能的负极材料是发展锂/钠离子电池技术的关键。金属硫化物具有丰富的储量和较高的理论容量,被视为很有前景的负极材料,然而它在充放电过程中容易发生体积膨胀,所以循环稳定性较差。本课题旨在通过简单易行、环保可控的方法合成高性能的金属硫化物用作锂/钠离子电池负极材料。运用水热法并通过在反应溶剂中添加PEG400合成具有晶格缺陷的MoS2花瓣状纳米片,PEG400既作为表面活性剂,又充当反应物。PEG上具有大量活泼的含氧基团,可以插入到MoS2片层间,导致S-Mo-S层间距扩大、形成具有金属性能的1T相、以及形成Mo-O-C(以及Mo-O)键提高了材料的导电性和结构稳定性。所制备的MoS2表现出了优异的电化学性能。对PEG辅助水热法制备的MoS2纳米片进行氧等离子体表面处理,O原子与S-Mo-S层间的含碳基团形成Mo-O-C键,并且处理后产生了大量缺陷位点,因此增加了有利于Li+插入的活性位点并提高了循环过程中的结构稳定性,当在LIBs中作为负极材料进行测试时,在电流密度为1 A/g下,电极循环1000圈后容量仍能保持在900 mAh/g,并在10 A/g的电流密度下比容量为473 mAh/g。使用高能球磨法制得FeS2/C复合材料,金属Fe单质和CNTs的自由π电子存在化学结合力,导致碳层将FeS2纳米颗粒封装起来,形成了一种类桑葚状结构,既可缓解FeS2在循环过程中的体积膨胀,同时为电子传输提供路径。用作SIBs负极材料时,在电流密度为1 A/g下,FeS2@CNTs循环250圈比容量仍能保持在403 mAh/g,库仑效率高达99%。此外,随着电流密度的增加,FeS2@CNTs电极的容量保持良好,倍率性能良好。
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