碲基锂离子电池负极材料的制备及其储锂性能研究

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随着现代工业与科技的快速发展,地球上的不可再生资源被持续开发和利用,资源短缺和环境污染等问题日趋严重。人们迫切寻找可以替代化石燃料并可以循环使用的绿色能源,包括风能、潮汐能和太阳能等。在新一代的能源革命中,锂离子电池(LIBs)的出现发挥了重要的作用。对便携式电子产品,大型电能存储系统和电动汽车的不断增长的需求激发了对具有高能量和功率密度的可充电电池开发的浓厚兴趣,LIBs在电子设备市场占主导地位,在电动汽车和大型储能设备中显示出巨大潜力。碲(Te)元素位于VIA主族,与同族的硫(S)和硒(Se)具有相似的化学性质,但比S和Se具有更高的电导率(2×10-4 m S m-1),且具有较大的体积能量密度。碲与锂可以形成Li2Te,其理论比容量为420 m Ah g-1,这些优点使其具有较高的比容量和合适的电位平台。本论文的主要内容是通过水热法和碲化法将碲基化合物纳米化,并通过引入不同的碳材料形成复合材料,应用于锂离子电池阳极材料。其主要的研究内容及进展如下:基于静电纺丝技术及碲化反应成功制备了一维Co Te/N掺杂的MOFs衍生多孔碳纳米纤维。一维纳米材料作为电极材料时具备很多优势,空心或多孔结构可以获得大比表面积和优良的承载能力,在催化、能量存储等领域得到了广泛应用。制备的Co Te/N掺杂多孔碳纳米纤维具有高比表面积、多级孔结构及氮含量高等特点。特别强调的是,过渡金属碲化物具有独特的半导体特性和较高的理论容量;PAN-MOF热解后的多孔碳提高了复合材料的导电性,为锂离子传输提供了良好的传输通道;纤维内部的MOF材料热解后的碳空腔有利于缓解碲化钴颗粒在充放电过程中的体积变化,从而提高复合材料的稳定性;基于这些优势,Co Te/N掺杂多孔碳纳米纤维用作LIBs的阳极材料时,表现出优异的电化学性能。在电流密度为100 m A g-1下,经过200个循环,其可逆容量可以保持1020 m Ah g-1,表现出优异的电化学性能。基于水热和碳化法成功制备了二维多孔碳涂层包覆Sb2Te3纳米片。碳包覆是消除循环过程中电极材料与电解液直接接触的有效方法,多孔结构在缓解电池充放电过程中的体积变化方面是一个有效的因素。在此,我们基于简单的水热和碳化方法,设计并制备了二维多孔碳涂层包覆Sb2Te3纳米片(Sb2Te3@C)。在独特的设计中,Sb2Te3纳米片被均匀的碳层紧密包裹,可以有效地缓解在充放电过程中电极材料的结构应力,防止结构粉化。正如预期的那样,通过这种优化设计,Sb2Te3@C复合材料显示出良好的储锂性能。在电流密度为100 m A g-1下,在200个循环后的比容量为835 m Ah g-1,且在电流密度为500 m A g-1下,经过500个循环后的比容量为750 m Ah g-1
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