硫化钴复合负极材料的制备及储钠性能研究

发布时间：2017-11-08 05:40

  本文关键词：硫化钴复合负极材料的制备及储钠性能研究

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【摘要】：由于具有较高的理论容量,硫化钴被认为是一种比较有前景的钠离子电池负极材料。然而,硫化钴的导电性比较差并且其在充放电过程中的体积膨胀很大,所以硫化钴作为钠离子电池负极材料的倍率和循环性能不太理想,因此限制了它的实际应用。本论文以改善硫化钴的循环和倍率性能为目的,对硫化钴进行了复合改性研究,分别采用石墨烯(r GO)和聚苯胺(PANI)两种导电性和柔韧性都很好的材料对硫化钴进行了复合改性,制备了Co S/r GO和Co_3S_4@PANI两种复合材料,并系统地研究了它们的电化学性能。论文的主要内容如下:采用一步水热法成功制备了纯的Co S和Co S/r GO复合材料,探讨了石墨烯的加入对材料形貌和电化学性能的影响。结果表明,纯的Co S纳米粒子由于团聚严重而形成块状的微米粒子,而石墨烯的加入不仅阻止了Co S纳米粒子的团聚而且形成了具有“三明治”结构的Co S/r GO复合材料。Co S纳米粒子与高导电性石墨烯的紧密接触既能够提高电子和离子的传输又能增强复合材料的结构稳定性,从而提高材料的电化学性能。在0.05-2.0 V的电压范围内,100 m A/g的电流密度下,Co S/r GO复合材料的首次放电比容量为567.3 m Ah/g,循环100周后的放电比容量还能达到230.8 m Ah/g,而纯的Co S材料在循环了100周后放电比容量仅剩27.2 m Ah/g,远低于Co S/r GO复合材料的容量。Co S/r GO复合材料在2000 m A/g的大电流密度下,容量仍能达到132.9 m Ah/g,而纯Co S则无明显的容量保留。采用水热法合成了Co_3S_4纳米管,然后用原位聚合法成功制备了Co_3S_4@PANI复合材料,并探讨了聚苯胺的包覆对材料电化学性能的影响。结果显示,在0.05-2.0 V的电压范围内,200 m A/g的电流密度下,纯的Co_3S_4材料的首次放电比容量高达815.3 m Ah/g,循环100周后放电比容量就只剩下58.2 m Ah/g。而在相同的电压范围和电流密度下,Co_3S_4@PANI复合材料的首次放电比容量为578.8 m Ah/g,循环100周后,容量还能达到252.5 m Ah/g,几乎是纯的Co_3S_4材料的5倍。当电流密度升高到4000 m A/g,复合材料的放电比容量仍然能够达到184.1 m Ah/g,而纯Co_3S_4的放电比容量仅为51.3 m Ah/g。Co_3S_4@PANI复合材料展示出了更加优异的电化学性能,这归因于PANI包覆层不仅提高了材料的导电性,而且可以作为“保护层”在一定程度上抑制Co_3S_4在充放电过程中由于体积膨胀而导致的结构粉化与破裂。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ138.12;TM912
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本文编号：1155850