鋰離子電池納米ZnS-C負(fù)極材料制備及性能.pdf

1、開發(fā)出容量更高、壽命更長、污染更低、環(huán)境適應(yīng)更強的鋰電池電極材料，是擺在所有鋰電池科技工作者面前的重要課題。目前商業(yè)化的鋰離子電池多采用石墨等作為負(fù)極材料，存在著容量較低、低溫性能較差等不足，我們希望制備出性能更為優(yōu)異的鋰電池負(fù)極材料。
　　本文通過水熱沉淀和燒結(jié)碳包覆方法，以ZnCl2、Na2S以及檸檬酸為原料直接合成了ZnS/C復(fù)合材料，通過元素含量測定，確認(rèn)得到了含碳量分別為4.6wt％,9.3wt%和11.4wt%的三種樣

2、品。我們利用XRD和TEM對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與形貌進行了表征。TEM表明ZnS/C(9.3wt.%C)材料顯示了較好的微觀結(jié)構(gòu)，粒徑約為20-30納米的球狀ZnS顆粒均勻分布于提供導(dǎo)電性能的網(wǎng)狀碳膜中，且材料結(jié)構(gòu)為六方晶型纖維鋅礦，成型良好。
　　我們通過恒流充放電、循環(huán)伏安等電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，濕磨工藝包碳所制備的ZnS/C(9.3wt.%C)樣品電化學(xué)性能最為優(yōu)異。在400mA/g的電流密度下，首次充放電容量達到1021.1和481

3、.6mAh/g，300次循環(huán)后放電容量仍保持了63.2%達到304.4mAh/g。我們還將該材料的倍率性能和低溫性能同商業(yè)化的CMS材料進行了比較，發(fā)現(xiàn)前者擁有比后者更為出色的循環(huán)性能和低溫性能。在800 mA/g的電流密度下材料的放電容量仍達到了235.2 mAh/g。在低溫測試中，ZnS/C材料在0℃和-20℃下的容量均為CMS在同樣條件下的2~3倍，分別為268 mAh/g和207 mAh/g的容量，是其在20℃下容量的74.4%

4、和57.5%。
　　我們還利用原位的XRD測試對ZnS/C的脫嵌鋰機制進行了探究。通過充放電過程中物相特征峰的比對發(fā)現(xiàn)：在放電階段，隨著鋰離子的逐漸嵌入，鋅會不斷置換出來，生成的鋅會與Li繼續(xù)反應(yīng)生成鋰鋅合金。最終ZnS放電末期完全轉(zhuǎn)化為Li2S、金屬鋅以及最終產(chǎn)物L(fēng)ixZn。充電過程則相反，鋰離子從LixZn合金中脫出形成了金屬鋅，并且Li2S中也脫出鋰，隨著放電電壓的增加，ZnS會部分重新生成。
　　此外，鑒于聚吡咯的良