碳包覆硒化锌/硫化锌核壳结构纳米复合材料的设计合成与电化学性能研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anpeila
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碳材料与储锂纳米材料的复合是提高锂离子电池电极材料电化学性能的主要趋势,本文首先针对硒基纳米复合材料硒化锌进行了系统深入的研究,设计合成出了核壳结构的ZnSe@C,发现循环过程中容量逐渐升高且高于理论容量,对此,我们进行了探究,发现循环过程中单质硒的生成提供了额外的容量。另外,当用作钠离子电池的时候,这种材料也具有较好的性质,且循环过程中不会生成单质硒。其次,采用水热法合成了六方相的硫化锌空心球结构,再通过乙炔气热还原包覆一层碳,设计出了一种独特的环形核壳结构,当用作锂离子电池负极材料的时候,材料具有较好的循环以及倍率性能,当用作钠离子电池时,在大倍率下仍然具有较好的电化学性能。本论文的主要研究内容可归纳为以下几个方面:  1.首先采用水热法设计合成了硒化锌纳米球,然后用碳沉积方法,成功获得了ZnSe@C核壳结构,直径约500 nm,碳层均匀的包覆在硒化锌纳米粒的表面和孔隙中,这为锂化和去锂化过程提供了体积膨胀和收缩的空间。当ZnSe@C应用于锂离子电池电极负极材料时,材料展示出了较高的比容量,以及良好的倍率循环性能。其在电流密度为200 mA g-1下,循环400圈后充放电比容量达960mA h g-1。另外,发现随着循环的进行,材料的容量逐渐升高,研究采用非原位X-射线光电子能谱,循环伏安法控制充放电过程发现在循环过程中有单质硒的生成,这为容量提升提供了主要的贡献。这种氧化还原机理给以后的研究也可以提供很大的参考,我们将这种材料用作钠离子电池负极材料,发现在比较大的电流密度下,依然具有较好的电化学性质,电流密度1 Ag-1,循环100圈后,容量保持375 mA h g-1。  2、主要讨论了运用水热法合成ZnS中空结构,再通过乙炔气热还原在空心球外面包覆一层均匀的碳层。形成一种核壳结构的ZnS@C复合材料,该材料用作锂离子电池负极材料时,具有较好的循环稳定性,在0.2A g-1电流密度下,循环118圈以后容量保持在575 mAh g-1。当用作钠离子电池负极材料时,材料具有较高的首圈库伦效率,且循环50圈以后容量保持在380 mAh g-1。复合材料优异的电化学性质归因于材料的特殊结构这种特殊结构的复合材料为今后锂离子电池的研究提供了一定的思路。
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