本文關(guān)鍵詞：層狀硫化鉍復(fù)合材料的制備及電化學(xué)儲鈉性能研究

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【摘要】：目前,鈉離子電池日益受到廣泛關(guān)注。過渡金屬氧化物及硫化物由于其優(yōu)越的電化學(xué)性能已經(jīng)在鋰離子電池和超級電容器方面有了深入的研究,但是作為鈉離子電池的電極材料尤其是負極材料的研究尚不多。硫化鉍(Bi_2S_3)是一種重要的半導(dǎo)體材料,由于其特殊的層狀結(jié)構(gòu),Bi_2S_3作為鋰離子嵌入材料已有了相關(guān)的研究與應(yīng)用,但是在鈉離子電池領(lǐng)域中尚未有專門的研究報道。本文工作主要集中于不同形貌的Bi_2S_3以及Bi_2S_3的碳復(fù)合材料Bi_2S_3/C和Bi_2S_3@CNT的合成,表征其物理特性并探究電化學(xué)儲鈉性能,具體內(nèi)容如下:1.以BiCl_3為鉍源,硫代乙酰胺(TAA)為硫源,通過水熱法合成Bi_2S_3盤狀納米片。出于提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和材料導(dǎo)電性的考慮,本文探究了碳包覆的盤狀Bi_2S_3的合成以及其電化學(xué)儲鈉的性能。碳包覆的盤狀Bi_2S_3相較于單純的Bi_2S_3而言,其性能略有提升,Bi_2S_3/C首次放電容量達到1015 mAh g-1,第二次和第三次放電容量依次為845和610 mAh g-1。此外,Bi_2S_3/C相較于Bi_2S_3而言具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性,例如在0.1C下,經(jīng)過50次循環(huán)后,Bi_2S_3/C仍然具有大約100 mAh g-1,而Bi_2S_3只有不到50 mAh g-1;在較高的倍率例如1C時,Bi_2S_3/C經(jīng)過100次充放電循環(huán)后放電容量為35 mAh g-1。2.我們通過超聲水解法合成了納米顆粒狀Bi_2S_3,為了進一步提高其電化學(xué)性能,本文設(shè)計了Bi_2S_3@CNT納米復(fù)合物作為鈉離子電池的負極材料,并且研究了其電化學(xué)性能。層狀結(jié)構(gòu)的Bi_2S_3為鈉離子的嵌入提供了位點,而Bi_2S_3@CNT復(fù)合物中的碳納米管提供了高導(dǎo)電的網(wǎng)絡(luò),提高了電荷遷移速率。結(jié)果顯示,Bi_2S_3@CNT納米復(fù)合物相較于Bi_2S_3納米顆粒在0.01-3 V的電壓窗口下,表現(xiàn)出更高更穩(wěn)定的容量。Bi_2S_3@CNT作為鈉離子電池負極材料放電容量在60 mA g-1電流密度下,經(jīng)過60次充放電循環(huán)后,依然能夠達到84.4 mAh g-1。3.作為對比參照體系,過渡金屬鉬的化合物也具有很好的儲鈉性能,本文后一部分主要是探究MoO2/C復(fù)合物的合成。無定型碳包覆的MoO2納米片利用葡萄糖的還原性,通過兩步法水熱合成。獲得的產(chǎn)物MoO2/C復(fù)合物表現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學(xué)儲鈉性能,在0.05C的倍率下經(jīng)過25次充放電循環(huán)后仍保持341.1 mAh g-1的比容量。在更高的倍率如1C、2C和5C下,材料經(jīng)過115次充放電循環(huán)后仍然表現(xiàn)出高容量和長循環(huán)穩(wěn)定性。在掃速為5 mV s-1下,CV曲線表現(xiàn)出良好的電容性能。電化學(xué)測試結(jié)果顯示MoO2/C復(fù)合物可用作大功率或高能量密度的鈉離子負極材料。
【關(guān)鍵詞】：鈉離子電池 負極材料 Bi_2S_3 Bi_2S_3/C Bi_2S_3@CNT MoO_3 MoO_2 MoO_2/C
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TB33
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-35
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鈉離子電池的工作原理13-14
• 1.3 鈉離子電池電極材料的選擇要求14
• 1.4 鈉離子電池負極材料研究進展14-20
• 1.4.1 碳基儲鈉負極材料15-18
• 1.4.2 合金類儲鈉負極材料18-19
• 1.4.3 金屬氧化物儲鈉負極材料19
• 1.4.4 其他儲鈉負極材料19-20
• 1.5 鈉離子電池正極材料研究進展20-22
• 1.5.1 層狀Na_xMO_2（M=Co、Ni、Fe、Mn、V等）正極材料20-21
• 1.5.2 聚陰離子型正極材料選擇及發(fā)展21-22
• 1.6 鈉離子電池負極材料Bi_2S_3的研究進展22-24
• 1.7 鈉離子電池負極材料氧化鉬的研究進展24-26
• 1.7.1 鈉離子負極材料MoO_2的研究進展24-25
• 1.7.2 鈉離子電極材料MoO_3的研究進展25-26
• 1.8 本論文的研究意義和內(nèi)容26-27
• 1.9 本論文的創(chuàng)新之處27-28
• 參考文獻28-35
• 第二章 實驗藥品與測試方法和原理35-40
• 2.1 實驗主要化學(xué)藥品35-36
• 2.2 主要實驗儀器36-37
• 2.3 材料的表征37-38
• 2.3.1 物相分析37
• 2.3.2 熱重分析37
• 2.3.3 形貌表征37-38
• 2.3.4 拉曼光譜測試38
• 2.3.5 傅里葉紅外光譜測試38
• 2.3.6 比表面積測試38
• 2.3.7 X射線光電子能譜（XPS）測試38
• 2.4 極片的制備和電池的組裝38-39
• 2.4.1 電極片的制備38-39
• 2.4.2 紐扣電池的組裝39
• 2.5 電化學(xué)性能測試39-40
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試39
• 2.5.2 交流阻抗測試39
• 2.5.3 充放電測試39-40
• 第三章 盤狀Bi_2S_3/C的合成及電化學(xué)儲鈉性能研究40-52
• 3.1 實驗內(nèi)容40-41
• 3.1.1 水熱法合成Bi_2S_3/C材料40
• 3.1.2 電極片制備與電池組裝40
• 3.1.3 電池的測試40-41
• 3.2 實驗結(jié)果與分析41-50
• 3.2.1 材料的結(jié)構(gòu)表征和形貌分析41-46
• 3.2.2 材料的電化學(xué)儲鈉性能分析46-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 參考文獻51-52
• 第四章 Bi_2S_3@CNT復(fù)合材料的合成與其電化學(xué)儲鈉性能探究52-64
• 4.1 引言52
• 4.2 材料的合成52-53
• 4.2.1 碳納米管的酸化預(yù)處理52
• 4.2.2 Bi_2S_3@CNT復(fù)合物的合成52-53
• 4.2.3 電極材料的制備及電池的組裝53
• 4.2.4 電池的的測試53
• 4.3 實驗結(jié)果與分析53-57
• 4.3.1 材料的結(jié)構(gòu)表征和形貌分析53-57
• 4.4 材料的電化學(xué)儲鈉性能分析57-62
• 4.4.1 循環(huán)伏安（CV）分析57-58
• 4.4.2 充放電分析58-59
• 4.4.3 倍率（rate）性能分析59-60
• 4.4.4 長循環(huán)性能分析60
• 4.4.5 庫倫效率分析60-61
• 4.4.6 電化學(xué)阻抗（EIS）測試61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 參考文獻63-64
• 第五章 MoO_2/C復(fù)合材料的合成與其電化學(xué)儲鈉性能探究64-80
• 5.1 引言64-65
• 5.2 材料的合成65-66
• 5.2.1 MoO_2/C復(fù)合物的合成65
• 5.2.2 電極材料的制備以及電池的組裝65-66
• 5.2.3 電池的測試66
• 5.3 實驗結(jié)果與分析66-71
• 5.3.1 材料的結(jié)構(gòu)表征和形貌分析66-71
• 5.4 材料的電化學(xué)儲鈉性能分析71-77
• 5.4.1 循環(huán)伏安（CV）分析71-73
• 5.4.2 充放電分析73-74
• 5.4.3 倍率分析74-75
• 5.4.4 循環(huán)性能分析75-76
• 5.4.5 交流阻抗分析76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 參考文獻78-80
• 第六章 結(jié)論與展望80-84
• 6.1 結(jié)論80-82
• 6.2 展望82-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文及科研成果84-85
• 致謝85-86

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本文編號：825550