四硫化钒复合石墨烯材料的制备及其锂离子电池性能研究

四硫化钒(VS_(4))作为具有高硫含量三明治结构的一维(1D)链状钒硫化合物,S_(2)二聚体与两个相邻的V原子配位,每个单链通过弱范德华力相互作用,松散堆叠的链有利于Li^(+)的快速扩散,因而被认为是有前途的锂离子电池负极候选者。通过水热法设计并合成了四硫化钒复合还原氧化石墨烯(VS_(4)@rGO)负极材料,VS_(4)纳米棒紧密地固定在氧化石墨烯薄片上,氧化石墨烯的加入一方面保证了良好的导电性,另一方面也抑制了VS_(4)纳米棒团聚成球以释放更多活性位点,从而有效提高锂离子电池的性能。作为锂离子电池负极,VS_(4)@rGO电池的充放电性能出色,进行倍率测试时,在0.2,0.5,1.0,2.0和5.0 A·g^(-1)的电流密度下,平均放电比容量分别为983,797,666,547和397 mAh·g^(-1)。在5 A·g^(-1)的高电流密度下可保持循环3000次,比容量稳定在141.6 mAh·g^(-1),平均每圈的容量衰减率仅为0.019%。这项工作为其他过渡金属硫化物的结构设计提供了新的思路。

四硫化钒中间层的制备及其锂硫电池性能

为提高锂硫电池的电化学性能,采用乙二醇辅助溶剂热法生成了具有硫(S)空位的四硫化钒(VS)纳米球,将其修饰碳纤维纸(CFP)并作为锂硫电池中间层,可有效抑制多硫化物的穿梭效应。高极性的VS对多硫化物的吸附能力及催化活性较强,高导电的CFP为VS提供载体的同时,还解决了沉积在中间层的硫/硫化锂导电性差的问题。使用VS/CFP中间层的电池具有出色的电化学性能。测试结果表明,在0.5和6 C(1 C=1 672 mA/g)电流密度下,其比容量分别为1 123和558 mA·h/g,当电流密度回到0.5 C时,比容量恢复到1 037 mA·h/g。此外,装有VS/CFP中间层的电池有出色的循环性能,在4 C的电流密度下循环1 030次后,比容量保持率为初始的72.46%,比容量衰减率为0.018 9%。

高稳定性微球结构硫化钒负极材料的合成与储钠性能

VS_(4)是极具发展前景的储钠负极材料之一,它具有一维链状结构,链间距远大于钠离子半径(0.583 nm vs.0.102 nm),且理论储钠容量高达1196 mA·h/g。然而,在反复的充放电循环过程中,该电极材料体积会发生剧烈地膨胀收缩,最终导致结构崩塌,电池循环稳定性差、容量衰减等问题,严重限制了VS_(4)的实际应用。为此,提出构筑高稳定性微球结构VS_(4)(直径约1μm)。独特的三维微球结构,可以缓解体积膨胀,提高循环稳定性,改善电化学反应动力学。当用作钠离子电池负极材料时,电池表现出优异的倍率性能(372 m A·h/g@2.0 A/g和297 m A·h/g@5.0 A/g)和长循环稳定性(5.0 A/g下稳定循环100圈)。

FeSx包覆VS4/RGO的合成及储锂性能研究

VS4的放电电压大约在2.0 V,用作锂离子电池正极材料其电化学稳定性较差,主要原因在于多硫离子在醚类电解液中的溶解。因此,本论文采用溶液法制备了FeSx包覆VS4/RGO复合材料作为锂离子电池正极材料。研究表明,所得到的FeSx-VS4/RGO复合正极材料在醚类电解液中的循环性能和倍率性能均得到明显改善。在100 mA?g?1的电流密度下,循环100圈后仍具有456 mAh?g?1的比容量,在1.0 A?g?1的倍率下,比容量可达372 mAh?g?1。进一步分析表明,FeSx包覆层能够化学吸附多硫离子,抑制多硫离子在醚类电解液中的溶解和穿梭,进而降低其自放电效应。而且,FeSx包覆层能够促进锂离子的迁移,提高电化学反应的动力学过程,进而改善VS4/RGO正极材料在醚类电解液中的储锂性能。