層狀前體法制備石墨烯負載過渡金屬硫化物及其電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池使用領(lǐng)域的不斷擴大和人們對便攜式電子產(chǎn)品的迅猛需求量，推動了高功率密度、高能量密度、長使用壽命、價格低廉和環(huán)境友好的新型鋰離子電極材料的不斷研發(fā)。然而現(xiàn)階段商用石墨碳負極材料存在著比容量低等問題，設(shè)計和制備性能優(yōu)異的電極材料的可行性方案迫在眉睫。過渡金屬硫化物因其來源廣泛并且具有豐富的活性位點，可以作為多樣化的電極材料，而受到廣泛關(guān)注。但是過渡金屬硫化物導(dǎo)電性差、體積膨脹嚴重等問題導(dǎo)致了其循環(huán)性能較差。眾所周知，碳材料不僅具有

2、優(yōu)異的導(dǎo)電性，而且還可以有效抑制體積膨脹和保持結(jié)構(gòu)完整性，所以通過碳材料修飾能彌補這些缺點。因此綜合二者的優(yōu)勢，把兩者結(jié)合起來制備成復(fù)合材料，實現(xiàn)材料性能的顯著提升。本文以水滑石為前驅(qū)體，采用不同方法制備得到過渡金屬硫化物和納米碳材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，將其分別應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器/鈉離子電池領(lǐng)域并探討了其結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系。本論文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點如下:
　　(1)采用共沉淀法制備SDS插層NiCoAl-LDH/G前體，經(jīng)過

3、硫化、三聚氰胺混合焙燒等步驟制備復(fù)合材料(Ni，Co)9S8/N-CNTs/G，并研究其儲鋰性能。XRD、HRTEM及XPS測試結(jié)果表明制備的物質(zhì)為固溶體結(jié)構(gòu)。SEM/TEM證明CNTs生長于石墨烯的表面，活性物質(zhì)顆粒(Ni，Co)9S8被CNTs包裹。電化學測試結(jié)果表明在100mA·g-1電流密度下經(jīng)過100圈測試之后，(Ni，Co)9S8/N-CNTs/G的比容量為797mA·h·g-1，與石墨烯負載的(Ni，Co)9S8(516m

4、A·h·g-1)相比，其比容量顯著提升，而且在1A·g-1時，400圈之后的比電容量為739mA·h·g-1。優(yōu)異的儲鋰性能歸因于CNTs的包覆結(jié)構(gòu)，提高了循環(huán)穩(wěn)定性。石墨烯片層的限域效應(yīng)限制了碳納米管的長度，短CNTs有利于電子的快速傳輸。此外碳納米管中N原子的摻雜也增加了碳納米材料的導(dǎo)電性。
　　(2)采用共沉淀法制備NiCo-LDH/3DGA，經(jīng)過一步焙燒硫化，得到石墨烯氣凝膠負載(Ni，Co)S2固溶體復(fù)合物。又利用水滑石

5、層板元素可調(diào)的性質(zhì)制備出另外兩個固溶體硫化物((Ni，F(xiàn)e)S2/3DGA和(Co，F(xiàn)e)S2/3DGA)。三種材料的制備方法相同，都可以作為超電和鈉離子電池的優(yōu)選材料。電化學測試結(jié)果表明(Ni，Co)S2/3DGA復(fù)合材料的超級電容器性能優(yōu)異（2264F·g-1，1A·g-1;750F·g-1，50A·g-1;78％，10A·g-1），同時三種材料也展現(xiàn)出很好的儲鈉性能。優(yōu)異的電化學性能歸因于石墨烯凝膠提供了適當?shù)谋缺砻娣e、孔徑分布及