鉍納米材料作為鋰-鈉離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究.pdf

1、當(dāng)鉍用作電池負(fù)極材料時(shí)，其質(zhì)量比容量為386mAhg-1，雖然只比石墨(372mAhg-1)高一點(diǎn)，但其擁有高的體積比容量(3765mAhcm-3)和比較合適的電壓平臺(tái)，且鉍的層狀結(jié)構(gòu)有利于電化學(xué)過(guò)程中Li+/Na+的嵌入與脫出，上述優(yōu)勢(shì)使得越來(lái)越多的研究人員關(guān)注鉍作為鋰/鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。然而，鉍的導(dǎo)電性比較差，同時(shí)在鋰離子嵌入脫出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生體積膨脹致使材料結(jié)構(gòu)崩塌，這會(huì)導(dǎo)致材料粉化并脫落，材料的應(yīng)用受限。目前主要通過(guò)碳包覆

2、、材料納米化以及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新來(lái)提升材料導(dǎo)電性和電化學(xué)性能。
　　本論文結(jié)合水熱法和碳化來(lái)制備Bi/GA復(fù)合材料。首先采用水熱法得到花狀的硫化鉍，隨后將花狀的硫化鉍與石墨烯進(jìn)行非原位復(fù)合得到Bi2S3/GA復(fù)合材料，最后將所得復(fù)合材料高溫碳化得到Bi/GA復(fù)合材料。研究表明，硫化鉍是由直徑約10nm的納米線組成的，復(fù)合后每個(gè)花瓣均由石墨烯均勻的包覆。碳化后復(fù)合材料的微觀形貌沒(méi)有變化，但是硫化鉍被還原為Bi，且碳化過(guò)后硫的蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生空隙，

3、有利于增強(qiáng)Bi/GA復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
　　此外，本論文研究了在不同溫度下碳化檸檬酸鉍得到Bi/C復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，Bi/C復(fù)合材料由Bi納米顆粒與碳組成的，顆粒的直徑均小于50nm，且700℃條件下得到的材料展示了碳具有類(lèi)石墨烯的形式。電化學(xué)測(cè)試表明，當(dāng)將其用作鋰離子電池負(fù)極時(shí)，在100mAg-1條件下，600℃得到的Bi/C復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)150次循環(huán)之后放電比容量能達(dá)到607mAhg-1。
　　本論文最后設(shè)計(jì)了一種

4、新穎的材料結(jié)構(gòu)，利用靜電紡絲法成功制備柔性自支撐Bi/CNFs膜納米復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)測(cè)試表明，鉍塊表面包覆了聚合物基碳且由碳納米纖維牽引，材料具有很好的柔性和快速導(dǎo)電子通道。當(dāng)將所得的Bi/CNFs用于鋰離子電池負(fù)極時(shí)，Bi/CNFs-1表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，在100mAg-1條件下，經(jīng)過(guò)200次循環(huán)比容量為484mAhg-1，即使升到1Ag-1時(shí)，放電比容量仍為242mAhg-1。而當(dāng)Bi/CNFs-1用于鈉離子電池負(fù)極時(shí)，在50mA