中空結(jié)構(gòu)NiS納米材料的制備及電化學(xué)性能.pdf

1、硫化鎳因其具有高的理論比容量、豐富的相態(tài)組分和較低的成本等優(yōu)勢(shì)，成為最具潛力的高性能儲(chǔ)能材料之一，其作為超級(jí)電容器和鋰離子電池電極材料的相關(guān)報(bào)道也受到了越來越多的關(guān)注。然而傳統(tǒng)的硫化鎳作為電極材料存在導(dǎo)電性差和循環(huán)穩(wěn)定性不佳等問題，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用。本文利用中空結(jié)構(gòu)具有高比表面積和良好表面滲透性的特點(diǎn)，制備了具有形貌可控的NiS雙殼層中空納米材料以及NiS碳基復(fù)合空心微球，并研究其電化學(xué)性能。
　　首先，以不同形貌的α-Fe2

2、O3為硬模板成功制備了膠囊形、橢球形和立方形的雙層中空結(jié)構(gòu)NiS材料。材料粒徑均一，具有明顯的殼層結(jié)構(gòu)，并且其殼層由超薄NiS納米片堆積形成。作為超級(jí)電容器電極材料，其中膠囊形雙層中空NiS由于較大的比表面積（100.2m2/g）和最佳的孔徑分布因而表現(xiàn)出最高的比電容，在2A/g電流密度下其比電容為1159F/g。此外膠囊形NiS||RGO@Fe3O4非對(duì)稱電容器在664W/kg功率密度下，其能量密度高達(dá)43.7Wh/kg，且在5A/g

3、電流密度下進(jìn)行5000次循環(huán)充放電后其比電容仍保留83.3%，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　其次，設(shè)計(jì)并制備了C@NiS復(fù)合中空微球。合成過程中，使用氣溶膠法制備C@SiO2空心微球，簡(jiǎn)化了硬模板法制備空心SiO2的實(shí)驗(yàn)步驟，同時(shí)碳材料的引入進(jìn)一步提高材料的電荷傳遞。合成的C@NiS材料表面為NiS納米片堆積，內(nèi)殼層為碳層，將C@NiS作為電極材料應(yīng)用于鋰離子電池中，其系統(tǒng)內(nèi)阻Rs由純NiS中空材料的21.1Ω降至8.0Ω。在20

4、0mA/g電流密度下進(jìn)行100次循環(huán)，C@NiS電極的比容量為131.6mAh/g，約為純NiS比容量的2.5倍。
　　最后，針對(duì)C@NiS在鋰離子嵌入脫出過程中體積變化而導(dǎo)致的電極活性物質(zhì)脫落問題，采用石墨烯對(duì)C@NiS材料進(jìn)行包覆，成功制備了C@NiS@RGO復(fù)合中空材料。石墨烯的包覆有效改善了NiS在鋰離子嵌入脫出過程中體積變化問題，并減小材料的界面電荷轉(zhuǎn)移電阻，使材料的電化學(xué)性能得到了極大的提高。當(dāng)測(cè)試電流密度由200mA