论文部分内容阅读
随着能源需求的不断增长和环境污染问题的日益严重,具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点的锂离子电池逐渐成为新宠。但商用石墨负极由于理论容量低,已无法满足锂/钠离子电池更进一步的发展,金属氧化物/硫化物因为理论容量高、成本低被认为是一种潜在石墨替代材料,然而导电率低,循环过程中体积变化大阻碍了其实际应用。本文通过利用碳化后的导电高分子材料与金属氧化物/硫化物复合,使其电化学性能得到了提升。本论文的主要内容和结果有:(1)氮、硫共掺碳包覆硫化亚铜复合材料(Cu2S@NSCm):以硝酸铜和硫脲为原料,通过水热、原位聚合、高温煅烧处理获得的N,S共掺碳包覆的Cu2S复合材料。当其被用作锂离子电池负极材料时,在200 mA g-1和1000 mA g-1电流密度下循环获得的可逆放电容量分别为790.8 mAh g-1和560.1 mAh g-1,对应容量保持率为88.4%和99%。在钠离子电池测试中,50次循环后,可以获得182.3mAh g-1的可逆容量。这些性能都明显优于单纯的Cu2S材料,Cu2S@NSCm表现出优异电化学性能的原因可归因于其双掺杂的作用,更有利于锂离子嵌入/脱出,碳包覆的结构不仅能提高复合材料的电子导电性,同时也缓解了循环过程中的体积膨胀。(2)氮掺杂碳包覆四氧化三铁复合材料(Fe3O4@NCm):以氯化铁和氢氧化钠为原料经水热法、原位聚合、高温煅烧获得碳包覆Fe3O4复合材料,并研究了不同碳含量对性能的影响。通过各种电化学测试方法分析,Fe3O4@NCm-60表现出更优异的电化学性能。在常温1000 mA g-1电流密度下循环500周,Fe3O4@NCm-60的可逆容量为950 mAh g-1,在低温1000 mA g-1的电流密度下循环900周,Fe3O4@NCm-60依然可以获得760 mAh g-1的可逆容量,性能优于Fe3O4@NCm-0/30/90。材料表现优异电化学性能的原因除了氮掺杂碳包覆的结构提高导电性和缓冲体积变化外,材料自身表现的赝电容特性也可以使其在低温下依然保持良好的性能。(3)氮掺杂碳包覆多孔四氧化三铁@石墨烯复合材料(Fe3O4@NC@rGO):以氯化铁和氢氧化钠为原料通过水热、原位聚合、高温煅烧处理获得Fe3O4@NC@rGO复合材料,电化学测试结果表明,Fe3O4@NC@rGO具有优异的储锂/储钠性能,当其被用作锂离子电池负极时,在电流密度为200 mA g-1下循环100周,获得的容量为1571 mAh g-1;当作为钠离子电池负极材料时,在电流密度为50 mA g-1循环100周,获得的可逆容量为270 mAh g-1,要优于单纯的Fe3O4,归因于其氮掺杂碳包覆的结构以及碳包覆和石墨烯复合的协同作用。