具有异质结结构的金属硫化/硒化物的合成及其储锂/储钠性能研究
锂离子电池由于具有较高的能量密度以及较长的循环寿命而吸引了人们的广泛关注，并已应用于各个领域中。然而，因锂资源有限以及成本高等因素，导致了锂离子电池已经很难满足储能设备的巨大需求。而钠元素与锂元素位于相同主族且具有相似化学性质。此外，钠资源含量高、成本低，因此钠离子电池有望成为一种继锂离子电池之后的又一重要的储能设备。作为钠离子电池体系中的重要组成部分，负极材料面临着容量低和循环寿命差等问题。近年来，金属硫化物和金属硒化物负极材料因具有较高的理论容量和良好的可逆性而受到研究者们的青睐。然而，金属硫化物和金属硒化物负极材料在电化学反应中存在较大的体积膨胀/收缩，导致电极材料结构崩塌和长循环性能较差。因此，本论文采用构建异质结、形貌调控以及碳包覆的手段合成出具有高电化学性能的金属硫化物和金属硒化物/碳复合材料，并讨论了其电化学反应机理。研究工作的主要内容如下： （1）本文采用溶剂热法及高温煅烧的方法成功合成了碳包覆的SnS/TiO2异质结负极材料（SnS/TiO2@C）。该材料的结构具有以下两个优点：TiO2沉积在SnS的表面从而构建出了p-n异质结，此异质结能够促进电荷转移，从而提高材料的倍率性能；均匀的碳包覆层不仅可以增加复合材料的电导率，还可以有效缓解复合材料在充放电过程中的体积变化。因此，SnS/TiO2@C材料具有优异的电化学性能。当作为锂离子电池负极材料时，SnS/TiO2@C在0.5Ag-1电流密度下循环100圈后的放电比容量仍保持在672.4mA h g-1。当作为钠离子电池的负极材料时，SnS/TiO2@C也展现了良好的钠电性能：在电流密度为0.2Ag-1下循环200圈后，其平均比容量为331.2mA h g-1。同时，通过原位XRD、非原位XR D和非原位H RT EM技术对电极材料的储能机理进行了研究：在充电过程中，SnS转化为Sn和Li22Sn5（Na15Sn4），而放电过程则可逆生成SnS。 （2）通过简单的水热法以及气相沉积法成功合成了碳包覆的CoSe2/Ni3Se4异质结负极材料（CoSe2/N i3Se4@C）。这种特殊的结构不仅可以提高材料的电导率，而且可以有效地抑制在循环过程中的体积膨胀/收缩，维持材料结构的稳定性。CoSe2/Ni3Se4@C作为钠离子电池负极材料展现出了优异的电化学性能：在0.5A g-1的电流密度下循环100圈后的放电比容量为403mA h g-1。更重要的是，即使在10A g-1的大电流密度下，其比容量仍保持在301.9mA h g-1。此外，通过非原位XRD、非原位HETEM和非原位EIS对CoSe2/Ni3Se4@C的储钠机理进行了探究；通过恒电流间歇滴定法和电化学阻抗法对CoSe2/Ni3Se4@C的电化学反应动力学进行了探究。
蓄电池;金属硫化物;金属硒化物;合成工艺;储锂性能;储钠性能
郑州大学
硕士
物理化学
李丹;张建民
2020
中文
TM912;TM242:TM205.1
2020-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）