銻基材料的溶劑熱制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、石墨因其理論比容量較低(372mAh/g)而使其應(yīng)用受到限制。因此,研究開發(fā)具有比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的新型負(fù)極材料對(duì)于新一代鋰離子電池具有重要的意義。Sb的理論容量為660mAh/g,是石墨的近2倍。但是,Sb在合金化儲(chǔ)鋰過(guò)程中會(huì)發(fā)生巨大的體積變化,致使Sb基負(fù)極材料在充放電過(guò)程中發(fā)生粉化,最終導(dǎo)致電極的循環(huán)性能差。而復(fù)合材料與設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)是緩解體積膨脹的方法之一。本文以L-半胱氨酸為硫源、SbCl3為銻源、無(wú)水乙醇為溶劑,采用溶劑熱法

2、制備了幾種銻基復(fù)合材料(Sb2S3、Sb2S3@C及Sb4O5Cl2/rGO/C復(fù)合材料),并對(duì)其形貌、微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能進(jìn)行了表征和研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　(1)當(dāng)原料L-半胱氨酸鹽酸鹽與SbCl3的摩爾比為3:1時(shí),在180℃下乙醇熱處理8h所制備得到的Sb2S3納米棒簇電極材料具有較好的電化學(xué)性能:電流密度為100mA/g時(shí),首次充放電容量為823/1165mAh/g,首次庫(kù)倫效率為70.6％,30次循環(huán)之后可逆容量

3、為623mAh/g,容量保持率為75.7%,在電流密度為500mA/g時(shí)可逆容量保持在400mAh/g以上。另外,碳包覆有利于提高Sb2S3基電極材料的綜合電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能。包覆碳的設(shè)計(jì)量為5wt.%的Sb2S3@C復(fù)合材料具有最佳的綜合電化學(xué)性能,在100mA/g電流密度下表現(xiàn)出超高的可逆容量(1084mAh/g)、優(yōu)良的循環(huán)性能(30次循環(huán)后容量為960mAh/g,容量保持率為88.5%)及優(yōu)異的倍率性能(4000mA/g電流密度下容

4、量可達(dá)1019mAh/g)。Sb2S3基電極材料的超高容量得益于電極材料在電化學(xué)儲(chǔ)鋰過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了Sb2S3的部分可逆分解和重構(gòu),這也證實(shí)了納米棒結(jié)構(gòu)促進(jìn)了Sb2S3在電化學(xué)儲(chǔ)鋰過(guò)程中結(jié)構(gòu)分解/重構(gòu)的電化學(xué)可逆進(jìn)行,從而提高首次庫(kù)侖效率和電極比容量;對(duì)Sb2S3的碳包覆既提高了材料顆粒間的導(dǎo)電性能,又有效緩解了充放電過(guò)程中帶來(lái)的體積變化與多硫化物在電解液中的溶解,還促進(jìn)了Sb2S3重構(gòu)和Li2S向S轉(zhuǎn)化的電化學(xué)反應(yīng)的可逆程度,從而提高復(fù)合