镍钴双金属氧、硫、硒化物的制备及其储锂/钠性能研究

作     者：邓启祥 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于欣伟

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：锂离子电池 钠离子电池 镍钴双金属化合物 负极材料 

摘      要：目前,商用锂离子电池(LIBs)所使用的负极材料是以石墨为代表的碳材料。碳材料虽然有储量丰富、来源广泛,性能稳定等优势,但其较低的理论容量,较差的倍率性能和较短的循环寿命,使得LIBs的发展受到了限制。此外,随着LIBs市场的不断扩大,锂资源开始出现供应不足和价格上涨。由于钠资源在地球广泛分布、价格低廉等特点,钠离子电池(SIBs)开始走进研究人员的视野。然而,由于SIBs的研发尚处于初步阶段。因此,为推动储能设备的发展,性能较强的负极材料是不可或缺的。由于镍与钴的化合物有相似的物理和化学性质,将它们结合有可能产生较强的协同效应,使镍钴双金属化合物的储能性能得到较大的提升。本论文基于上述背景,开展了以下研究:(1)由于过渡金属氧化物低廉的价格和简便的制备工艺,本文以镍钴双金属配位聚合物为前驱体,并通过改进退火工艺,保留配位聚合物原位生成的碳,形成负载有CoO和NiO纳米颗粒的花状分层碳骨架(CoO/NiO/NC)。LIBs半电池测试结果显示,CoO/NiO/NC不仅在较高的电流密度(5000 mAg)下有容量493 mAh g,还能在200mAg时循环100圈后能保持容量1390 mAh g。当CoO/NiO/NC与Li Fe PO正极材料组装成全电池时,能够在200次循环后有40.29%的容量保持率。(2)通过形貌调控,合成有独特凹面立方体结构的镍钴双金属硫化物(CNC NiS/Co S)。并通过包覆聚多巴胺,在退火碳化过程中在样品形成氮掺杂碳层,增加样品的活性位点,并改善其电导率。所制备的CNC NiS/Co S显示出极强的储钠性能,能够在电流密度为100 mAg和5000 mAg时,分别有848和583 mAh g的高容量;还能在5000 mAg的高电流经历长达900次的充放电后仍然有容量404 mAh g。(3)采用二维过渡金属碳化物(TiC)与镍钴双金属硒化物进行复合,形成包覆有二维镍钴硒化物的TiC少层纳米片(TiC/CoNiSe)。由于CoSe与NiSe较强的协同作用,与单一组分的硒化物相比,所制备的镍钴双金属硒化物的储能性能得到增强。当与钠片组装成SIBs半电池,于1000 mAg下进行性能测试时,TiC/CoNiSe有极高的首圈库伦效率(89%),并且即使经历600圈循环后也仍有容量338 mAh g。