FeS2-碳復(fù)合電極的制備及其在鈉離子電池中電化學(xué)性能研究.pdf

1、鈉離子電池作為一種新型電池體系，具有資源豐富、安全性高等特點(diǎn)，引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，鈉離子電池的性能還不能滿足應(yīng)用要求，主要原因是缺乏存儲(chǔ)鈉離子的主題材料。近年來，作為鈉離子電池正極，F(xiàn)eS2具有資源豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、理論比容量高等特點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)。但在充放電過程中，F(xiàn)eS2電極發(fā)生巨大的體積變化及較差的導(dǎo)電性能，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性差。針對此問題，本論文采用多種方法，以碳為載體，設(shè)計(jì)合成了不同類型的FeS2/碳復(fù)合正極材

2、料，應(yīng)用在鈉離子電池中獲得了優(yōu)異的性能。研究工作包括以下幾個(gè)方面:
　　首先，采用水熱法制備Fe3O4@C前驅(qū)體，再將其高溫硫化得到FeS2@C復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，F(xiàn)eS2@C復(fù)合材料屬于碳包覆FeS2的核殼結(jié)構(gòu)。碳?xì)げ粌H能增加FeS2電極的導(dǎo)電性能，還能緩沖充放電過程的體積變化產(chǎn)生的應(yīng)力，有效改善其電化學(xué)性能。在50 mA/g的電流密度下，首次放電比容量達(dá)到410 mAh/g，循環(huán)110次后，比容量仍有294 mA h/g;

3、在大電流密度(2000 mA/g)下，可逆比容量為165 mAh/g。
　　其次，采用簡單的濕浸漬法制備出Fe3O4/CMK-3前驅(qū)體復(fù)合物，再硫化得到FeS2/CMK-3復(fù)合納米材料。表征發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eS2納米粒子附著在CMK-3表面，CMK-3保留了有序多孔結(jié)構(gòu)。表面多褶皺區(qū)域能夠容納更多的納米顆粒，有序多孔通道還能提供額外的鈉離子傳輸通道。研究結(jié)果表明其具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1000mA/g電流密度下，電池穩(wěn)定循環(huán)500次后，

4、可逆比容量仍有229mAh/g;當(dāng)電流密度為4000mA/g時(shí)，仍然有172mAh/g的可逆比容量，能夠滿足高性能鈉離子電池電極材料的要求。
　　本論文采用不同合成方法制備了不同結(jié)構(gòu)的FeS2/碳復(fù)合材料，利用X-射線粉末衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)、場發(fā)射透射電子顯微鏡(TEM)和熱重分析儀(TGA)等對材料的結(jié)構(gòu)、形貌和物理特性進(jìn)行分析。系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳材料的引入不僅僅增加