鋰離子電池SnS2@MWCNT納米負(fù)極材料制備及儲鋰性能.pdf

1、隨著科技水平的不斷發(fā)展與提高，小型隨身電子設(shè)備和電動汽車發(fā)展迅猛。人們對儲能器件的要求日益提高，而鋰離子電池因具有高能量密度，長循環(huán)壽命，低成本及高安全性等優(yōu)勢受到越來越多的關(guān)注。目前鋰離子電池負(fù)極材料中廣泛商業(yè)化應(yīng)用的石墨類碳負(fù)極材料比容量僅為372 mAh?g-1，其低容量和低能量密度遠不能適應(yīng)當(dāng)前移動電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，滿足儲能設(shè)備的要求，并且進一步提升其容量的空間已經(jīng)不大。因此，當(dāng)前鋰離子電池負(fù)極材料的重點研究工作是尋找比容量更

2、高，循環(huán)壽命更長的電極材料。
　　在為數(shù)眾多的鋰離子電池負(fù)極材料中，SnS2因其獨特的空間結(jié)構(gòu)和較高的比容量受到廣泛重視。相比于目前市場上使用的石墨負(fù)極材料，SnS2材料的理論比容量可達645 mAh?g-1。SnS2的空間結(jié)構(gòu)為CdI2型，呈層狀六面體結(jié)構(gòu)。在單獨的晶胞結(jié)構(gòu)中，錫原子層處于上下兩層硫原子之間，錫原子與硫原子之間通過穩(wěn)定的共價鍵相互連接，而硫原子層之間依靠較弱的范德華力相互連接。這種類似三明治型的空間結(jié)構(gòu)中大量的空

3、間可供鋰離子進行脫嵌，因此 SnS2材料成為目前鋰離子電池負(fù)極材料的研究熱點。雖然有較好的空間結(jié)構(gòu)，但是 SnS2材料也存在導(dǎo)電性較差，電子轉(zhuǎn)移阻抗較高的不足。并且與大部分負(fù)極材料一樣，SnS2材料脫嵌鋰過程中易產(chǎn)生較大的體積效應(yīng)，破壞電極材料結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電池性能衰減。
　　針對 SnS2材料存在的問題，本次研究工作重點是提高材料的導(dǎo)電性和緩解體積膨脹，因此我們制備了多壁納米碳管約束SnS2納米結(jié)構(gòu)（SnS2@MWCNT）。材料的制

4、備主要通過兩大步驟。首先制備前驅(qū)體多壁納米碳管約束金屬錫納米結(jié)構(gòu)（Sn@MWCNT），通過直流電弧等離子體法在甲烷填充，氬氣保護的氣氛狀態(tài)下蒸發(fā)金屬錫塊制得。隨后將 Sn@MWCNT納米結(jié)構(gòu)與升華硫在高溫密閉的條件下進行硫化反應(yīng)，使硫升華通過碳層缺陷處進入多壁納米碳管內(nèi)部與 Sn進行反應(yīng)，生成SnS2@MWCNT納米結(jié)構(gòu)。對所制備材料進行透射電鏡（TEM）表征，可觀察出多壁納米碳管長約400 nm，碳管厚度約10 nm，晶格條紋清晰可見

5、。進一步對材料進行Raman和X射線衍射（XRD）表征可得知材料晶化程度良好。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X-射線光電子能譜分析（XPS）分析了材料表面主要存在C-C鍵和SnS2官能團。最后將樣品進行電池組裝及電化學(xué)性能測試，表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。在首次放電過程中，首次放電容量和可逆熔煉遠高于純SnS2材料，50次循環(huán)后，電池容量可保持703 mAh?g-1。在循環(huán)過程中，多壁納米碳管作為電子的良導(dǎo)體，極大提高了材料的導(dǎo)電性