金属硫化物NiS的合成及其嵌脱锂性能研究

【摘要】作为电化学储能技术,锂离子电池因比能量高、绿色无污染、安全性好等特点受到广泛关注。而正极材料是限制其能量密度提高的主要因素,因此发展高比容量的金属硫化物正极材料是研发高能量密度锂离子电池的重要方向之一。金属硫化物中,镍与硫可以形成多种形式的镍硫化合物,硫化镍NiS具有较高的脱嵌锂容量,其理论比容量可达到590mAh/g,作为锂离子电池正极材料显示出极大的应用潜力。NiS具有六方晶系α-NiS和三方晶系β-NiS,其不同的晶体结构和形貌直接影响NiS的脱嵌锂性能,因此本文主要采用湿化学法控制合成不同晶型和形貌的纳米NiS粉末,研究其脱嵌锂性能。通过研究,获得结果如下：1.采用水热法,以乙酸镍和硫脲为原料(摩尔比为1：3),在160℃、24h的条件下合成具有稳定叠片花状纳米形态的β-NiS。随反应时长增加,产物形貌由块状机体分散为细小晶须,随后以纳米片的形式团聚,片层状生长为叠片花形；晶体结构则由NiS2逐步向β-NiS和a-NiS转化并最终完全转变为β-NiS,其实质是由初始形成的NiS2晶体引发纳米片的成核和竞争自组装形成花状结构。首次放电比容量可达573.3mAh/g。2.溶剂热法以乙酸镍和硫脲为原料(摩尔比小于1),无水乙醇为溶剂在200℃、24h的实验条件下可以合成微球型α-NiS,首次放电比容量达到427.5mAh/g。通过调整乙酸镍与硫脲的摩尔比代替表面活性剂丙烯酰胺调控硫化镍的物相组成。摩尔比大于1时,更倾向于生成β-NiS与Ni3S4,随摩尔比的减小Ni3S4的含量逐渐较小,β-NiS向α-NiS转化,摩尔比小于1时,产物为α-NiS。3.采用葡萄糖进行碳包覆提高电极材料的循环性能,降低传统葡萄糖碳化碳包覆的温度,阻止NiS向Ni3S2转变。对比两种不同晶型NiS,具有稳定形貌的叠片花状纳米β-NiS性能更优,碳包覆后首次放电比容量达到702.4mAh/g,循环20次后放电比容量依然保持在120mAh/g以上。
【作者】杜晓；
【导师】孙俊才；孙中南；
【作者基本信息】大连海事大学，交通运输工程，2014，硕士
【关键词】硫化镍；水热合成；溶剂热合成；碳包覆；

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