硫鐵化合物的合成及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池是一種重要的儲(chǔ)能器件，它們具有能量密度高、質(zhì)量輕和無污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電子產(chǎn)品中。然而，對(duì)于具有更好性能的鋰離子電池的需求正變得越來越迫切，因?yàn)橄乱淮囯x子電池被期望用在電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)上以滿足低碳社會(huì)的需求。負(fù)極材料是鋰離子電池的一部分，對(duì)電池的容量有著很大的貢獻(xiàn)，影響著整個(gè)電池的電化學(xué)性能。作為負(fù)極材料中的一個(gè)分支，硫鐵化合物因其具有高的理論容量、低廉的價(jià)格、豐富的資源和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為近期的研究

2、熱點(diǎn)。硫鐵化合物負(fù)極材料在嵌鋰的過程中會(huì)發(fā)生大的體積膨脹，導(dǎo)致循環(huán)性能變差。為了解決這一問題，采用碳材料包覆的方式來緩解硫鐵化合物在充放電過程中的體積膨脹，借助不同的合成方法制備了硫化亞鐵與多孔碳化聚丙烯腈(FeS/PC)、四硫化三鐵納米片與還原氧化石墨烯(Fe3S4NPs@rGO)以及硫化鐵與還原氧化石墨烯(FexSy@rGO)的復(fù)合材料。和對(duì)應(yīng)的純相材料相比，它們有著更高的容量和更好的循環(huán)穩(wěn)定性。本文的具體研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:

3、>　　(1)采用一鍋原位固相法制備了FeS與碳化聚丙烯腈(PC)的復(fù)合材料(FeS/PC)。其中，在PC的表面分布著直徑在200nm左右的小孔，F(xiàn)eS小顆粒主要分散在這些孔洞中或PC的表面。當(dāng)其用作負(fù)極時(shí)，在電流密度為0.1C的條件下，其首次放電容量可以達(dá)到1428.8mAh/g，150次充放電后，它的容量保持在624.9mAh/g。從第二次至150次循環(huán)，F(xiàn)eS/PC的庫(kù)倫效率一直接近于100％，表現(xiàn)出優(yōu)良的可逆性能。FeS/PC的多

4、孔結(jié)構(gòu)能夠提高整個(gè)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高電化學(xué)性能。
　　(2)采用簡(jiǎn)單的原位溶劑熱法制備Fe3S4納米顆粒與還原氧化石墨烯(rGO)的復(fù)合材料(Fe3S4NPs@rGO)。在該復(fù)合材料中，F(xiàn)e3S4納米顆粒被rGO包裹著，這不僅能提高Fe3S4的導(dǎo)電性能，還能有效地緩解Fe3S4在充放電過程發(fā)生的體積膨脹效應(yīng)。當(dāng)電流密度為100mA/g時(shí)，經(jīng)過100次循環(huán)，復(fù)合材料的可逆容量達(dá)到950mAh/g。甚至在電流密度為1A/g的條

5、件下，經(jīng)過800次充放電后，其放電容量依舊保持在720mAh/g。此外，F(xiàn)e3S4NPs@rGO還有著良好的倍率性能，當(dāng)電流密度為0.1、0.2、0.5、1、2、5和10A/g時(shí)，F(xiàn)e3S4NPs@rGO對(duì)應(yīng)的放電容量分別為953、812、727、667、623、520和462mAh/g。Fe3S4與rGO基體之間的協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)致該復(fù)合材料擁有優(yōu)異的的電化學(xué)性能。
　　(3)采用簡(jiǎn)單的原位水熱法制備硫化鐵混合物(FexSy)與還原氧

6、化石墨烯(rGO)的復(fù)合材料FexSy@rGO。當(dāng)其用作負(fù)極材料時(shí)，在100mA/g的電流密度下，它的首次放電容量高達(dá)1467mAh/g，100次充放電后，其可逆容量依舊保持在1190mAh/g。甚至在1A/g的電流密度下，1000次循環(huán)后，它的放電容量仍有720mAh/g。此外，F(xiàn)exSr@rGO還有著優(yōu)異的倍率性能，當(dāng)電流密度為100到200、500、1000、2000、5000、10000mA/g時(shí)，它對(duì)應(yīng)的放電容量分別為1067