【摘要】：硒化錫基材料由于理論比容量高和儲量豐富成為新一代鋰離子電池負極材料的候選者之一。然而,硒化錫基負極材料在鋰離子反復(fù)脫/嵌過程中會發(fā)生巨大的體積變化,為了解決這一問題研究學(xué)者們通過納米化、碳復(fù)合以及陰離子摻雜等手段進行改性。目前,硒化錫材料的研究進展中仍然還存在以下問題:一維SnSe材料較難合成;SnSe/C復(fù)合材料只是簡單物理作用;SnSe2的儲鋰機制存在爭議。針對上述問題,本論文進行了以下三個工作:(1)利用Sn納米棒作前驅(qū)體,通過液相硒化過程制備一維SnSe納米帶。一維帶狀結(jié)構(gòu)能提高電荷轉(zhuǎn)移的速率。作為鋰離子電池的負極,該材料表現(xiàn)出較高的首次庫侖效率和良好的倍率性能。在0.1 A g-1的電流密度下,首次的放電和充電比容量分別為1087.9/954.9 mA h g-1,首次庫侖效率為87.8%;與0.1 A g-1電流密度下比容量相比,在1 A g-1電流密度下的平均容量保持率為46.4%。(2)利用氧化石墨烯包覆Sn納米棒氣凝膠作為前驅(qū)體,通過液相硒化和熱處理過程制備石墨烯包覆SnSe納米帶(SnSe NB@rGO)框架材料。SnSe納米帶通過物理和化學(xué)作用均勻分散在rGO框架中。在SnSe納米帶自身能緩沖體積膨脹和提高電荷轉(zhuǎn)移能力的基礎(chǔ)上,三維互聯(lián)的rGO框架既可以為SnSe的體積變化提供空間,還可以充分發(fā)揮其優(yōu)良的導(dǎo)電性。作為鋰離子電池的負極,該材料表現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命和較好的倍率性能。在1 A g-1的電流密度下循環(huán)800次后,可逆比容量為412 mAh g-1;在0.1和1Ag-1的電流密度下的平均比容量分別為700和551 mA h g-1;與0.1 Ag-1電流密度下比容量相比,在1Ag-1電流密度下的平均容量保持率為78.7%。(3)利用檸檬酸復(fù)合Sn-Fe氰膠為前驅(qū)體,通過熱處理和硒化過程制備了碳包覆錫鐵復(fù)合硒化物(SnSe2-FeSe2@C)框架材料。FeSe2和SnSe2均勻分布在三維碳網(wǎng)絡(luò)中可以緩沖復(fù)合物的體積膨脹和提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性。更為重要的是,FeSe2在循環(huán)過程中生成的Fe納米顆�？梢杂行Т呋疞i2Se的可逆分解。作為鋰離子電池的負極,該材料表現(xiàn)出較高的比容量和較好的倍率性能。在0.5 A g-1的電流密度下循環(huán)400次后,可逆比容量為572mA hg-1,容量保持率80.4%;在0.1和2 Ag-1的電流密度下的平均比容量分別為742.9和563.9 mAh g-1;與0.1 A g-1電流密度下比容量相比,在2 A g-1電流密度下的平均容量保持率為75.9%。
【圖文】：

在上述反應(yīng)式中形成ＬｉｎＸ在熱力學(xué)上是可行的，然而惰性的ＬｉｎＸ很難與形逡逑成Ｍ粉末發(fā)生反應(yīng)［４６］。因此，這種轉(zhuǎn)換機制可逆性的關(guān)鍵是在與形成高電化學(xué)逡逑活性的Ｍ納米顆粒來分解被ＳＥＩ膜包裹的ＬｉｎＸ邋（如圖１．２所示）［４６＿４７］。另外，逡逑在脫／嵌鋰過程，材料結(jié)構(gòu)會發(fā)生重排，這會使充放電曲線中出現(xiàn)電壓滯后問題，逡逑從而影響能量密度效率和內(nèi)部熱量的釋放［４７］。不僅如此，電壓滯后的問題與陰逡逑離子的種類密切相關(guān)，從氟化物、氧化物、硫化物、氮化物、磷化物依次遞減［４７４８］。逡逑此外，該類材料在充放電過程中，平臺電壓較高且電極粉化和電導(dǎo)率低等問題，，逡逑導(dǎo)致材料的循環(huán)和倍率性能較差［４９］。為了解決這些問題，科研工作者們提出一逡逑系列策略來解決這些問題，包括設(shè)計不同維度的納米結(jié)構(gòu)，不同維度分級納米結(jié)逡逑構(gòu)，單層和多層的空心結(jié)構(gòu)，和與碳復(fù)合等方法。例如，ＭｉＥｕｎＩｍ等［４１］Ｆｅ３０４／Ｃ逡逑復(fù)合的材料作為鋰離子電池的負極

邐ＭｉＪＫｂ邋＋邋ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ邋ＬｉｎＸ逡逑□ｊ邋Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｍｅｔａｌ邋ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ邋（Ｍ／Ｊ邋□邋Ｍｅｔａｌ邋（Ｍ）邋□邋Ｌｉ？Ｘ邋□邋Ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ邋Ｌｉ，，Ｘ邋□邋ＳＥＩ邋ｌａｙｅｒ逡逑圖１．２過渡金屬復(fù)合物轉(zhuǎn)換反應(yīng)儲鋰機制｜４５］。逡逑在上述反應(yīng)式中形成ＬｉｎＸ在熱力學(xué)上是可行的，然而惰性的ＬｉｎＸ很難與形逡逑成Ｍ粉末發(fā)生反應(yīng)［４６］。因此，這種轉(zhuǎn)換機制可逆性的關(guān)鍵是在與形成高電化學(xué)逡逑活性的Ｍ納米顆粒來分解被ＳＥＩ膜包裹的ＬｉｎＸ邋（如圖１．２所示）［４６＿４７］。另外，逡逑在脫／嵌鋰過程，材料結(jié)構(gòu)會發(fā)生重排，這會使充放電曲線中出現(xiàn)電壓滯后問題，逡逑從而影響能量密度效率和內(nèi)部熱量的釋放［４７］。不僅如此，電壓滯后的問題與陰逡逑離子的種類密切相關(guān)，從氟化物、氧化物、硫化物、氮化物、磷化物依次遞減［４７４８］。逡逑此外，該類材料在充放電過程中，平臺電壓較高且電極粉化和電導(dǎo)率低等問題，逡逑導(dǎo)致材料的循環(huán)和倍率性能較差［４９］。為了解決這些問題
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TQ134.32

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本文編號：2600095