双碳修饰硫化亚锡基复合材料的储锂/钠性能研究

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硫化亚锡(SnS)可通过转化和合金化反应储存锂/钠离子,具备较高的理论比容量。但常规制备过程中的高温还原使SnS易于团聚和长大,且在充放电过程中SnS发生巨大的体积变化且Sn颗粒易于粗化,导致其在储锂/钠循环过程中容量迅速衰减。为了提高SnS储锂/钠的循环稳定性,本文以还原氧化石墨烯(r GO)为基底,在SnS2/r GO前驱体基础上进行热还原和碳包覆,制备了一系列双碳修饰SnS基复合材料:1.以乙醇蒸汽为碳源,在SnS2被高温还原过程中,乙醇蒸汽裂解原位包覆在产物SnS表面,限制了SnS的生长。在充放电过程中,SnS由于尺寸减小体积效应得到缓解;r GO和碳包覆除了为电子快速传导提供通道也缓冲了体积膨胀,因而复合物的结构稳定性得到提高,可逆储锂循环性能大大改善。在1 A g-1电流密度下,结构优化的SnS@C/r GO复合材料首次可逆容量为934 m Ah g-1,循环330圈后,可逆容量保持918 m Ah g-1。2.在SnS2表面预先包覆聚多巴胺,在高温焙烧过程中,SnS2被还原成SnS,其表面包覆的聚多巴胺原位裂解形成氮掺杂的碳层。预先包覆的聚多巴胺隔离了SnS2纳米颗粒,在高温还原过程中有效发挥限域作用,所得SnS纳米片比用乙醇蒸汽为碳源所得的SnS更加细小均匀,可逆储锂循环稳定性进一步提高。在1 A g-1电流密度下,结构优化的SnS@N-C/r GO复合材料首次可逆容量为885.3 m Ah g-1,循环550圈后,可逆容量保持824.4 m Ah g-1。3.以聚吡咯为碳源,通过降低焙烧温度,使SnS2部分还原,获得双碳修饰的SnS-SnS2@N-C/r GO复合材料。在焙烧过程中,SnS2与SnS互相限域,因此具有细小的晶粒尺寸;在电化学储锂/钠过程中,SnS2与SnS分步发生电化学反应,互为缓冲,减轻了体积效应。作为锂离子电池负极,SnS-SnS2@N-C/r GO在1 A g-1电流密度下循环450圈后,可逆容量保持1233.3 m Ah g-1;作为钠离子电池负极,SnS-SnS2@N-C/r GO在1 A g-1电流密度下循环120圈后,可逆容量保持479.3 m Ah g-1
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