金属硫化物的制备、修饰及其储锂性能研究

发布时间：2020-07-30 01:04

【摘要】：摘要：开发新型的低成本和环境友好的高能量密度锂离子电池电极材料已成为研究热点和重点。金属硫化物具有理论比容量高、自然界储量丰富、价廉易得等优势,是一种潜在的锂离子电池电极材料。本文选择三种硫化物(硫化铋(Bi2S3)、铜锡硫(Cu2SnS3)、铜锑硫(CuSbS2))为研究对象,优化制备工艺,合理调控形貌,对其结构进行修饰,研究其在锂离子电池中的电化学性能。获得的主要研究成果和结论如下： 1)Bi2S3二元硫化物电极材料：以五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和硫脲(Tu)为原料,回流法制备了蒲公英状的硫化铋(Bi2S3)微球,并采用碳纳米管(CNTs)对Bi2S3进行修饰,制备了CNTs@Bi2S3复合材料,其中CNTs分散或缠绕在Bi2S3微球上。结果表明,添加CNTs修饰提高了Bi2S3容量及其循环性能,其首次放电容量达899.1mAh g-1,循环50次后容量可保持247.9mAh g-1。以Bi(NO3)3·5H2O和L-胱氨酸为原料,一步水热法制备了纺锤状Bi2S3颗粒,并采用氧化石墨(GO)对Bi2S3颗粒进行修饰,制备了Bi2S3/RGO复合材料,其中Bi2S3颗粒均匀分散在RGO片层之间。电化学性能研究表明,引入石墨烯有助于提高Bi2S3的首次充放电效率、初始容量、循环性能和倍率性能。其首次放电比容量高达1073.1mAh g-1,循环50次以后容量保持400.5mAh g-1,同时Bi2S3/RGO复合材料在1000mA g-1的大电流下放电能够300mAh g-1的容量,是一种潜在锂离子电池电极材料。 2) Cu2SnS3三元硫化物电极材料：以氯化亚铜(CuCl)、五水氯化锡(SnCU·5H2O)以及L-胱氨酸为原料,通过乙二胺四乙酸钠(EDTA-Na2)辅助水热法制备了多孔铜锡硫Cu2SnS3空心球(P-CTS-HMSs),同时通过添加GO修饰,制备了Cu2SnS3/RGO复合材料(CTS/RGO),其中CTS均匀镶嵌在RGO纳米片层之间。结果表明,CTS/RGO复合材料能够提高CTS电极材料的首次充放电效率、初始容量、循环性能和倍率性能。其首次放电容量可到1514.6mAhg-1,循环100次后的容量为425.6mAh g-1,大电流1000mAg-1下,也依然具有220mAh g-1的比容量,显示出优良储锂性能。 3) CuSbS2电极材料：采用了溶剂热法和热注射法制备的块状铜锑硫(CuSbS2),将其作为活性材料研究了其在锂离子电池中的应用。对于采用溶剂热法制备的CuSbS2首次放电容量可达877.6mAh g-1,循环15次以后容量仅有224.9mAh g-1;热注射法制备的长方体状CuSbS2,首次放电容量达1090mAhg-1,但50次循环以后容量仅余85.7mAhg-1,改善CuSbS2循环性能需要进一步研究。图53幅,表10个,参考文献91篇。
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912
【图文】：

3.2.1蒲公英球状Bi2S3微球的回流法制备本章节液相制备Bi2S3微球的具体方法为回流法，实验的主要装置图如图3-1所示。首先，0.582§(1.21?11101)五水硝酸秘(8丨(^03)3 5出0)和 0.746 g(约 lOmmol)硫脲（CS(NH2)2)溶解在50 ml的去离子水中，充分揽拌以形成均勾的悬浮液，然后整个混合溶液转移到250 ml的圆底烧瓶中，同时添加5 ml的聚乙二醇(PEG-400),接着在130 °C的温度下回流2 h，期间对溶液伴随着均勾的揽拌。反应后，在室温下面自然冷却，得到的反应产物用无水乙醇和去离子水交替洗漆多次，最后在真空干燥箱中60 °C干燥6 h得到最终产物。3.2.2 CNTs@Bi2S3复合材料的回流法制备对于CNTs@Bi2S3复合材料的制备，是在3.2.1实验的基础上面

酸再次揽拌30min，以形成均句的溶液。将上述溶液添加到60 ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢爸内，在180 °C下反应12 h。最后反应爸在在室温下面自然冷却，得到的产物经过无水乙醇和超纯水交替洗漆多次，然后将产物在60 °C的真空干燥箱中干燥6 h。Bi2S3/RGO复合材料的制备流程图示如图3-2所示。

2 9 (degree)3 (a) Bi2S3, (b) CNTs, (c) CNTs@Bi2S3 复合材料的 可以看出得到峰与标准PDF卡片（JCPDS# 17-03。左右出现了三强峰，这个XRD图谱对应的是正别为a=1.1149 nm，b=1.1304 nm, c=0.3981 nm。

【共引文献】

相关博士学位论文 前2条

1 文志刚;金属氧化物微/纳米结构的合成、表征及其在锂离子电池中的应用研究[D];中南大学;2013年

2 邓崇海;分级结构半导体材料的绿色化学合成及其高效降解有机污染物性能[D];中国科学技术大学;2014年

本文编号：2774762