硫化物復(fù)合材料的合成及其儲鋰（鈉）性能研究.pdf

1、“能源危機”和“環(huán)境污染”是人類在21世紀必須面對的兩個嚴峻問題，電動汽車和大規(guī)模綠色儲能電網(wǎng)的發(fā)展是解決此問題的主要途徑。鋰（鈉）離子電池、超級電容器等電化學(xué)儲能器件憑借高能量密度、大功率特性、長使用壽命、價格廉價和綠色環(huán)保的優(yōu)勢，已逐漸成為電動汽車（減少對化石燃料的依賴和二氧化碳排放）最有競爭力的動力電源和綠色電網(wǎng)儲能（加快發(fā)展可再生清潔能源）最有潛力的儲能電池，特別是鋰離子電池和鈉離子電池對發(fā)展電動汽車和大規(guī)模綠色儲能電網(wǎng)有重要意

2、義。目前，鋰離子電池和鈉離子電池負極材料主要是石墨和其他碳材料，而碳負極的儲鋰和儲鈉容量有限，極大地限制了目前的鋰離子電池和鈉離子電池的能量密度進一步的提高，單純通過改進制備工藝來提高性能已難以取得突破性進展。因此，開發(fā)具有高比容量、高倍率、長壽命的鋰離子電池和鈉離子電池電極材料急劇迫切性。最近的研究進展證明硫化物具有比較好的儲鋰和儲鈉性能，主要是由于其具有獨特的物理和化學(xué)性能。本論文中，我們合成了SnS2-RGO復(fù)合材料，三元Cu2S

3、nS3和CuFeS2等硫化物復(fù)合材料，并對材料的儲鋰和儲鈉性能進行系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　(1)在第2章中，我們設(shè)計了一種二維(2D)層狀SnS2-RGO復(fù)合材料具有非常高的可逆儲鋰性能，極好儲鋰性能主要表現(xiàn)在，第一:具有非常高的儲鋰比容量和極好的循環(huán)性能(電流密度為0.2Ag-1時100次循環(huán)之后比容量高達1063mAhg-1，并且在電流密度為1Ag-1時500次循環(huán)之后比容量仍然有918mAhg-1);第二，2D

4、層狀SnS2-RGO復(fù)合材料具有極好的可逆嵌鋰和脫鋰，首次的庫倫效率高達89.7％，第三，2D層狀SnS2-RGO復(fù)合材料也展現(xiàn)出極好的倍率性能，當電流密度為5Ag-1時，儲鋰比容量高達712mAhg-1，顯著的電化學(xué)儲鋰性能主要是由于其獨特的二維層狀結(jié)構(gòu)。
　　(2)鈉離子電池相比于鋰離子電池具有成本上的優(yōu)勢將有可能大規(guī)模應(yīng)用到綠色儲能電網(wǎng)領(lǐng)域，最近幾年，鈉離子電池電極材料的進展引起了廣大電池研究者的研究興趣。在第3章中，我們首

5、次以層狀SnS2-RGO復(fù)合材料應(yīng)用到鈉離子電池負極材料，復(fù)合材料展現(xiàn)出非常高的嵌鈉和脫鈉比容量(電流密度為0.2Ag-1時，首次充電容量為630mAhg-1);極好的倍率性能（電流密度為2Ag-1時，儲鈉容量高達544mAhg-1）;和穩(wěn)定的循環(huán)性能(經(jīng)過恒流充放電400次，鈉存儲容量穩(wěn)定在500mAhg-1)，是到目前為止報道的最好的鈉離子電池負極材料。如此好的儲鈉性能主要是由于層狀SnS2具有比較大的層空間，該結(jié)構(gòu)有利于鈉離子的快

6、速嵌入和脫出，并且能緩沖在鈉錫合金形成過程中大的體積變化;并且石墨烯和SnS2之間的強相互作用和高導(dǎo)電率的石墨烯使復(fù)合材料在充放電過程中有較快的電子傳導(dǎo)速率和收集效率。
　　(3)在第4章中，我們采用簡單的溶劑熱法合成了三元Cu2SnS3介孔納米球和卷心菜狀納米花，我們研究了硫源和表面活性劑對不同形貌的Cu2SnS3硫化物材料的形成機理和過程的影響，并且通過循環(huán)伏安測試和充放電過程中的XRD測試研究了Cu2SnS3納米材料的電化學(xué)

7、反應(yīng)機理。通過儲鋰（鋰離子電池）性能測試比較，發(fā)現(xiàn)卷心菜狀Cu2SnS3納米花比介孔納米球有更好的儲鋰性能，首次可逆脫鋰比容量高達842mAhg-1，并且50次充放電之后仍然有621mAhg-1，而介孔納米球50次循環(huán)之后比容量僅有436mAhg-1。
　　(4)在第5章中，我們采用簡單的溶劑熱法合成了一種新穎的三元CuFeS2微米結(jié)構(gòu)，三元CuFeS2微米電極材料具有較好的儲鋰性能，具體表現(xiàn)為:在電流密度為0.2Ag-1充放電時

8、，其首次放和充電容量分別為767mAhg-1和614mAhg-1，首次庫倫效率高達80％;當電流密度為2Ag-1時，放電比容量仍有～400mAhg-1;值得一提的是其循環(huán)性能，經(jīng)過400次大電流(0.5Ag-1)充放電測試后，比容量始終維持在～600mAhg-1。并且我們也研究了其儲鈉性能，首次放電比電容量（嵌鈉）為628mAh8-1、充電（脫鈉）比容量為511mAhg-1，相應(yīng)的首次不可逆比容量損失率為18.6％。我們所合成的三元Cu