过渡金属硫族化合物的制备及电化学性能的研究

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近年来,过渡金属硫系化合物(TMC)因其成本低、导电率高、理论容量大作为锂电池的负极而受到广泛关注,但是在充放电过程中由于离子的重复嵌入脱出容易导致电极破碎和团聚,造成了缓慢的离子扩散动力学,严重影响着其电化学性能。我们通过采用简单的合成手段,选择了合适的模板,并在制备过程中引入了异质界面,氮掺杂碳壳和氧掺杂制备了一系列不同结构的TMC。本文主要研究内容如下:(1)以ZnCo-ZIF为模板,合成了具有多黄壳结构的ZnSe/CoSe2异质结。多黄壳内部有大量的空隙可以有效适应电极在循环中的体积变化,维持电极的稳定性。此外,Zn Se与Co Se2之间存在大量的异质界面,能够促进钠离子扩散动力学,产生高的赝电容响应,从而有效的提升电极的比容量,改善倍率性能。所制备的Zn Se/2(Co Se2)@NC电极展现出了优异的储锂和储钠性能。应用于钠离子电池(SIBs)的负极时,Zn Se/2(Co Se2)@NC在0.1 A g-1时有较高的放电比容量(853.2 mAh g-1)和初始库仑效率(62.7%)。即使在1 A g-1的较高电流密度下,在500圈循环后Zn Se/2(Co Se2)@NC仍保持394.2 mAh g-1。对于LIBs,Zn Se/2(Co Se2)@NC在0.1 A g-1下经过100圈循环后仍分别具有1554.3 mAh g-1的高的可逆比容量。(2)以废旧的抹布为模板,通过水热法,制备了氧掺杂核壳Mo S2层级微米管结构,记为OHT-Mo S2@NC,氧的掺杂能够降低Mo S2的能带隙,增强其层间电导率,同时这种核壳层级微米管的结构可以防止Mo S2在循环过程中的破碎和粉化。此外,与碳进行复合之后,Mo S2结构的稳定性得到了进一步的提高。OHT-Mo S2@NC电极具有优秀的锂,钠和钾离子储存性能。对于SIBs,OHT-Mo S2@NC在0.1 A g-1,经过100圈循环之后,其放电比容量高达802.3 mAh g-1。在1 A g-1的大电流密度下,经过500圈循环后,其比容量依然能维持在496.6mAh g-1,容量保持率为95.2%。对于锂电池(LIBs)和钾电池(PIBs),OTH-Mo S2@NC电极在电流密度0.1 A g-1下经过100圈循环后仍分别具有1029.6 mAh g-1和459.7 mAh g-1的优秀可逆比容量。
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