论文部分内容阅读
随着当今社会的发展与人们对能源需求量的剧增,世界各国已经开始面临严重的能源危机。由于具有无污染、能循环使用、能量密度高等优点,锂离子电池成为众多研究者关注的热点之一。但是目前商业上使用碳材料作为锂离子电池负极材料,因碳材料理论容量低而限制了锂离子电池的发展及使用。因此为了满足社会发展的需要,缓解能源危机,研究具有高性能及容量的负极材料已是大势所趋。本论文通过简单的方法合成了几种金属硅酸盐及金属硒化物作为锂离子电池负极材料,并对其储锂性能和应用进行了研究。相关研究如下:1.核壳结构碳纳米管/硅酸锰（CNT@MnSiO3）作为高性能锂离子电池负极材料的研究金属硅酸盐本是作为锂离子电池负极的理想材料之一,但是由于其导电性低及在充放电过程中材料的体积变化限制了它的电池性能。为了弥补金属硅酸盐的不足,我们使用温和的溶剂热法合成了一维核壳管状结构CNT@MnSiO3材料,其导电性及电池性能均得到了较大的改善,在电流密度为500 mA g-1循环650圈后,比容量保持在920 mA h g-1。该材料与传统基于碳纳米管的复合材料不同,它是一层硅酸锰包覆在碳纳米管上。一维管状结构在电池循环过程中能够为Li+扩散提供通从而增加其扩散速率,内部的碳纳米管不仅能增强复合材料导电性而且能减缓材料的体积变化,因此,CNT@MnSiO3材料展现出优异的循环性能和倍率性能。该合成同轴CNT@MnSiO3纳米管的方法为制备其它高性能金属硅酸盐电极材料提供了思路。2.无定型硅酸钴空心方块（a-Co2SiO4 HC）作为锂离子电池负极材料的研究为了缓解硅酸钴材料作为锂离子电池负极材料导电性差和循环过程中材料体积变化大的缺陷,我们首次通过温和的水热法及煅烧过程合成了具有无定型结构的Co2SiO4空心方块。为了作对比,同时合成了具有相似结构的有晶形Co2SiO4。得益于无定型、空心、多孔结构,所制备的a-Co2SiO4 HC材料能够增快Li+的传递速率及缓解体积膨胀,并且当作为锂离子电池负极材料时较其对应的有晶形材料展现出优异的电化学性能,在电流密度为500 mA g-1循环380圈后,比容量能够保持在610 mAh g-1。该工作将无定型金属硅酸盐用于锂离子电池是一个很好的尝试且同时能促进其他无定型材料作为高性能锂离子电池电极材料的研究。3.六棱柱状硒化锰/氮掺杂碳复合材料（MnSe-CN）作为高性能锂离子电池负极材料的研究硒化锰（MnSe）由于其独特的成键方式和特殊的结构,被广泛运用于光电探测、电化学传感器等领域。但是由于金属硒化物作为锂离子电池负极材料存在导电性较差和充放电过程体积膨胀的问题,关于它们应用于锂离子电池方面的报道很少。为了提高MnSe的电化学性能,我们通过一个简单的溶剂热法和碳化过程合成了具有新颖六棱柱结构的MnSe-CN复合材料。与传统合成金属硒化物的方法相比,该方法没有生成有毒的H2Se气体和使用模板,更加绿色环保且简单。当MnSe-CN材料作为锂离子电池负极时,展现出较单独MnSe材料更高的倍率性能和更优异的循环性能。这个方法可以延伸为一个合成金属硒化物的统法,制备所得到的硒化钴/氮掺杂碳复合材料（CoSe-CN）、硒化镍/氮掺杂碳复合材料（NiSe-CN）、硒化锌/氮掺杂碳复合后才来（ZnSe-CN）同样展示出优异的锂离子电池性能。这个工作为合成高性能金属硒化物用于钠离子电池、锂离子电池、催化等领域提供了一个新的策略。