红磷/空心碳球复合材料的制备及其储锂/钠性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaijiyu
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锂离子电池以其长循环寿命、较低的自放电、无记忆效应以及环境友好等优点,引起了广泛的关注,而钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似,因此也被大量的研究。锂/钠离子电池发展过程中存在的最主要的障碍之一就是缺乏合适的负极材料。其中红磷(RP)作为锂/钠离子电池负极时的理论容量为2596 mAh/g,而且红磷在自然界中储量丰富,价格便宜,是作为锂/钠离子电池负极的理想材料之一。但是红磷在充放电过程中带来的剧烈的体积膨胀会严重影响电池的循环稳定性,而且红磷自身的导电性能极差(约为10-12 S/m),因此红磷不能单独作为锂/钠离子电池负极材料。本文中采用蒸发冷凝法将红磷分别与单层壳空心碳球(HCS)以及外壳多微孔/介孔的双层壳空心碳球(m-DSHCS)进行复合,从而提升红磷的导电性能并且能在充放电过程中缓解嵌锂/钠带来的体积膨胀,使得红磷的电化学性能得到提升。主要研究内容如下:(1)首先使用盐酸多巴胺和正硅酸乙酯通过一步法制备出HCS,并通过球磨法将红磷颗粒磨细,球磨后红磷颗粒尺寸约为1-2μm。然后通过蒸发冷凝法将球磨后的红磷与HCS进行复合,通过X射线衍射(XRD)分析、X射线能谱(EDS)分析RP/HCS复合材料的复合情况,从而确定了合成工艺。随后将RP/HCS复合材料应用于锂/钠离子电池中,测试其电化学性能。在锂电中1 A/g电流密度下循环200圈之后容量剩余550 mAh/g,10 A/g大电流密度下容量仍能保持在330 mAh/g。在钠电中1 A/g电流密度下循环200圈之后容量剩余167 mAh/g,10 A/g大电流密度下容量仍能达到155 mAh/g。相比于纯红磷的循环性能及倍率性能大有提升。(2)同上通过蒸发冷凝法将球磨后的红磷与制备出的m-DSHCS进行复合,通过XRD分析、EDS分析表征RP/m-DSHCS复合材料的复合情况,确定了蒸发冷凝法工艺条件。随后将RP/m-DSHCS复合材料应用于锂/钠离子电池中,测试其电化学性能。其在锂离子电池中于1 A/g电流密度下循环1000圈后,容量仍剩余200 mAh/g,10 A/g大电流密度下可逆容量也可达到80 mAh/g。其在钠离子电池中于1 A/g电流密度下循环1000圈后,容量仍剩余100 mAh/g,在10 A/g大电流密度下,可逆容量也能保持50 mAh/g。相比于纯红磷作为锂/钠离子电池负极时的循环性能及倍率性能大有提升。
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