石墨烯负载硫化亚锡复合材料及储锂机理研究

来源 :上海大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong592
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
锂离子电池是一种新型的化学电源,具有能量密度大、工作电压高、自放电低、环境友好和循环寿命长等优点,在便携式电子产品、电动汽车等领域得到广泛的应用。目前商业化的石墨负极材料(理论容量372 mAh·g-1),已无法满足持续增长的动力电池高能量密度要求。因此,研究新一代具有高比容量和长循环稳定性的电池材料是目前科研的重点和方向。其中,石墨烯和类石墨过渡金属硫化物因其独特的结构成为目前研究的热点。此外,将石墨烯与硫化亚锡复合可以提高材料整体的电导率、缓冲硫化亚锡充放电过程中的体积变化以及抑制硫化亚锡团聚的作用,这样可以在一定程度上提高电池容量及其倍率性能。然而复合材料的库伦效率偏低,不能从根本上解决其嵌锂产物Li2S不可逆、而导致首次库伦效率偏低的问题;此外煅烧过程中氧化石墨烯(GO)表面的含氧官能团分解会产生大量缺陷,加剧了复合材料的首效降低。因此,本文以小尺寸SnS为主要着眼点,分别通过自上而下(锂化剥离)和自下而上(水热法)的方法合成了小尺寸SnS,以改善材料电子/离子传输特性,实现Li2S的高度可逆;同时,借助两种工艺方法的特点,分别以锂嵌入和硫掺杂两种方式对石墨烯进行改性,降低材料表面缺陷和不可逆储锂位点,综合提高复合材料的首次及循环库伦效率和电化学性能。(1)通过正丁基锂与SnS2反应得到嵌锂的LiSnS2,再利用拓扑转换机理将大分子有机物嵌入SnS2层间并促使其剥离,然后将剥离后的硫化物与氨基功能化的氧化石墨烯GO结合得到层数较少的SnS2/GO复合材料。溶液中残留的Li+可与GO中的含氧官能团结合,减少了产物煅烧时因热分解造成的缺陷;同时,锂元素可辅助还原SnS2,从而得到锂结合石墨烯负载硫化亚锡(SnS/GNS)复合材料。本文对材料制备过程中间产物的物相、形貌和结构变化过程进行了详细表征研究,并提出了可能的形成机理。所制备的小尺寸SnS(50-100 nm)均匀分布在含锂的石墨烯薄片上,小尺寸SnS与石墨烯的紧密结合使得材料具有优异的电子传输特性和较短的锂离子扩散路径,锂结合石墨烯降低了材料的表面缺陷。用作锂电池的负极材料时,复合材料具有超高的SnS利用率和超高首次库伦效率(约77.5%,是目前文献中的最高值)。此外,Sn/Li2S向SnS的可逆转化反应非常稳定,即使在100次循环后仍然保持1016.4 mAh·g-1的高可逆容量。(2)通过1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)与冰醋酸的共辅助,采用水热法制备出了硫掺杂石墨烯负载低层数、小尺寸的SnS复合材料。初步探讨了NMP溶剂和冰醋酸对复合材料的微观结构及电化学性能的影响;在此基础上,提出了冰醋酸与NMP共辅助作用机理。实验结果表明:优化工艺制备的SnS/硫掺杂石墨烯复合材料中SnS由片层尺寸约为50-100 nm的薄片和5 nm的小颗粒共同组成,SnS薄片/小颗粒紧密的分布在石墨烯的表面及石墨烯片层中间,形成稳定的面-面接触;石墨烯之间通过氢键相互作用自组装形成三维网络结构,随着迁移距离的缩短,锂离子和电子转移的动力学得到提高;同时,这种少层数的薄片结构能更好地抑制SnS的堆叠,缓解锂离子脱出和嵌入过程中带来的形变。所得复合材料在100 mA·g?1电流密度下的首次放电比容量为1802.9 mAh·g-1,首次库伦效率进一步提高达到了81.7%,50次循环后保持在893.9 mAh·g-1,显示出优异的倍率和循环性能。
其他文献
城镇基准地价是我国地价体系的重要组成部分,针对传统的"先定级,后估价"的评估模式,采用GIS空间分析方法进行改进,可以有效地实现基准地价的评估和预测,并以重庆市南岸区城镇
目的比较新疆民语系和汉语系中小学教师的心理健康状况,为教师队伍建设提供对策建议。方法运用症状自评量表(SCL-90)和课题组修订的维吾尔文版SCL-90,对新疆汉语系列中小学教
城市群作为集群化经济体的典型代表,其形成和发展对于区域经济的发展具有举足轻重的影响。区域平衡发展一直是我国政府关注的重点之一,上世纪90年代以来,众多学者尤其关注城市群协调发展问题,在解决我国区域不平衡发展方面取得了较大进展。21世纪后,我国经济的腾飞产生更复杂的区域协调问题,当前的城市群协调问题相对过去也变得更棘手。因此,国家相继实施“一带一路”、长江经济带等战略,同时,《粤港澳大湾区发展规划纲
目的:探讨新的凋亡抑制基因Survivin在乳腺癌组织中的表达及其与Caspase-7表达的相互关系,以及它们在乳腺癌发生、发展中的可能作用。方法:应用链霉菌抗生物素蛋白—过氧化酶(S-
近年来,肉鸡养殖模式发生了新变化,一些养殖企业由网上平养向自动化笼养转变,取得了显著的养殖效益。采用肉鸡自动化笼养模式的肉鸡养殖企业数量不断增加,存栏规模不断扩大,发展速
期刊
目的:探讨形态学、免疫学和细胞遗传学(morphology、immunology and cytogenetics,MIC)分型在成人急性白血病(acute leukemia,AL)诊断、治疗、预后判断等方面的临床意义。 方法:采
四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米颗粒由于其良好的生物相容性,被广泛地应用于核磁共振成像、药物输送、肿瘤治疗等生物医药领域。但未进行表面修饰的Fe3O4纳米颗粒易在空气中发生
目的:探讨乳腺癌(Breast Cancer,BC)超声声像图特征及腋窝淋巴结转移与p120连环蛋白(p120-catenin,p120)表达的相关性,为乳腺癌患者治疗方案的选择及预后评估提供帮助。方法:收集南华大学附属南华医院2015年5月至2018年12月经外科手术且经过病理证实为乳腺癌患者的超声图像资料、临床及病理学资料。超声图像资料包括病灶最大径的大小(>2cm/≤2cm)、内部回声
确定蓝莓酒肝清胶囊的最佳制备工艺. 采用L9 (34) 正交设计法进行试验, 以指标成分含量及提取率为考察指标, 利用综合评分法对数据进行分析, 优选最佳提取工艺. 考察粉末的流动
煤炭是我国的主要能源,分别占一次能源生产和消费总量76%和69%,据中国煤炭工业协会的统计数据显示,近几年我国煤炭产量大幅增长,我国在未来相当长的时期内以煤炭为主的能源结