新型鎂二次電池正極材料CoS和Fe3S4的制備與表征.pdf

1、金屬鎂能夠提供較高的能量密度，而且在多數(shù)電解液中不易形成枝晶，安全性高，價格低廉，對環(huán)境無污染而成為一種理想的二次電池負極材料。以金屬鎂為負極的鎂二次電池作為一種極具應用潛力的新型化學電源，已經(jīng)引起了人們的廣泛關注。
　　和鋰二次電池相似，鎂二次電池也是通過鎂離子在電極材料中的可逆嵌入/脫出來實現(xiàn)能量的存儲和釋放。每個鎂離子嵌入（脫出）的過程能夠提供兩倍于鋰離子的電量，所以鎂二次電池更有可能實現(xiàn)高能量密度充放電。然而，鎂離子和鋰離

2、子的離子半徑相當（rMg2+=0.066 nm，rLi+=0.068 nm），而電荷量是其兩倍，使鎂離子具有很強的極化作用，給正極可嵌入材料的選擇帶來了極大的困難。目前，國際上公認的具有良好電化學性能的正極材料只有Chevrel相MxMo6T8化合物（M=主族或過渡金屬，T=S，Se，x=1,2），但Chevrel相材料的理論能量密度低，難以滿足儲能需求。近年來，新型正極材料的開發(fā)成為了鎂二次電池研究中的熱點，本論文制備了新型正極材料C

3、oS和Fe3S4，對其在鎂二次電池體系中的電化學性能進行了研究。
　　采用溶劑熱法制備了具有納米結構的CoS材料和CoS/CNT復合材料，通過XRD、SEM、TEM、EDS和氮氣吸附/脫附等測試對兩種材料的理化性質(zhì)進行了表征，研究了兩者在鎂二次電池中的電化學性能，并對CoS的充放電機理進行了探討。結果表明，和CoS材料相比，CoS/CNT復合材料具有更高的比表面積和孔體積，而且其電荷轉(zhuǎn)移阻抗也低于CoS材料。兩種材料的比容量都隨循

4、環(huán)次數(shù)逐漸升高，和碳納米管的復合使最高放電比容量從325.4 mAh g-1提高到509 mAh g-1，而充放電電壓平臺的數(shù)量和位置則沒有發(fā)生改變。充放電過程中CoS的(110)晶面和(102)晶面的晶面間距增加，有利于更多鎂離子的嵌入，所以充放電比容量隨循環(huán)次數(shù)增加而逐漸升高。
　　通過水熱法制備了具有尖晶石結構的Fe3S4材料，并采用化學嵌入測試（chemical intercalationtests）對鎂離子嵌入其中的可能

5、性進行了探索，研究了Fe3S4在鎂二次電池中的電化學性能。結果表明，鐵源、硫源及反應溫度三個反應條件對水熱法制備Fe3S4的產(chǎn)物相組成有顯著影響?；瘜W嵌入測試條件下，鎂離子有可能嵌入到Fe3S4晶格中，嵌入量較少時不會改變宿主結構。用作鎂二次電池的正極材料時，F(xiàn)e3S4材料的首次放電容量高達267mAh g-1，50次循環(huán)后容量仍有110mAh g-1，放電平臺電壓為~0.9 V。因此，F(xiàn)e3S4材料是一種很有前景的鎂二次電池正極材料，