【摘 要】
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锂离子电池具有比容量高、电压高以及工作温度范围宽等优点。但是在充放电过程中,由于电极材料晶体结构发生变化以及正负极材料与电解液不匹配等原因,锂离子电池在保持较高比容量时不能同时拥有良好的循环稳定性。因此需要设计和开发比容量高、循环寿命好的负极材料。镍钴硫化物由于其优异的氧化还原活性;氧化石墨烯(GO)具有高比表面积、富氧和缺陷等特点;金属有机框架(MOFs)衍生的材料,具有超高的孔隙率、丰富的结构
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锂离子电池具有比容量高、电压高以及工作温度范围宽等优点。但是在充放电过程中,由于电极材料晶体结构发生变化以及正负极材料与电解液不匹配等原因,锂离子电池在保持较高比容量时不能同时拥有良好的循环稳定性。因此需要设计和开发比容量高、循环寿命好的负极材料。镍钴硫化物由于其优异的氧化还原活性;氧化石墨烯(GO)具有高比表面积、富氧和缺陷等特点;金属有机框架(MOFs)衍生的材料,具有超高的孔隙率、丰富的结构多样性、高比表面积和拓扑可调的结构,是一种非常具有潜力的锂离子电池的负极材料。本文首先通过溶剂热法制备镍钴硫化物纯相,探究硫化温度对材料性能的影响。其次以MOFs材料为基体材料,通过控制不同镍钴比例制备了不同的多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料,研究了镍钴比例对其电化学性能的影响。利用氧化石墨烯独特的性质和结构特征提高镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料的电化学性能。主要研究内容和结果如下:(1)为了制备片状镍钴硫化物纯相,通过溶剂热法和高温退火硫化工艺成功制备了一种片球状镍钴硫化物,分别研究了不同硫化温度对其结构特征的影响,在倍率循环测试中,0.1 A g-1的电流密度下,初始比容量在1000 m Ah g-1左右,但是比容量衰减明显,在5 A g-1的电流密度下,比容量仅有不到100 m Ah g-1,这归因于充放电过程中,电极材料的形貌破坏导致循环稳定性较差,有待后期工作改善。(2)为了改善单一镍钴硫化物纯相的结构稳定性,以MOF-74为前驱体,通过高温硫化退火处理,获得多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料。分别研究了不同镍钴比例对其结构和性能的影响,镍钴比例相同时制备的多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳复合材料提供了最佳可逆Li+存储容量,在0.1 A g-1的电流密度下,充放电3次比容量达到999.1 m Ah g-1,在5A g-1的电流密度下,循环500圈后,容量保持率为86.8%,循环稳定性较好。(3)为了进一步提高材料的循环稳定性。以MOF-74/GO为前驱体,通过高温硫化退火处理,获得了三维多孔镍钴硫化物@硫掺杂碳/rGO复合材料。在锂离子电池的测试中,0.7GOmg m L-1浓度样品在1 A g-1的大电流密度下,由于活化作用的影响,前600圈充放电比容量缓慢增加至1000 m Ah g-1左右,直到第1000圈时仍较好地维持在比容量保持在1000 m Ah g-1左右,具有优异的循环稳定性。同时应用于锂离子电池负极材料,在功率密度为185W kg-1时能量密度为73.9 Wh kg-1。
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