一种新型锂离子电池负极材料MgS的制备及其电化学性能研究

【摘要】锂离子电池作为一种化学电源,具有工作电压高、能量密度大、安全性能好和环境友好等优点,其在电动汽车、混合电动汽车和风能、太阳能的储存等领域具有广阔的应用前景。但商用的锂离子电池电极材料较低的比容量限制了其发展。为了满足要求,人们开始研究新型锂离子电池电极材料。其中,金属硫化物由于其高的理论比容量和低成本得到广泛关注。目前,多种金属硫化物已被研究作为锂离子电池正、负极材料,金属硫化物因其新颖的电化学性能和重要技术应用,得到越来越多的关注。MgS作为一种轻金属硫化物,具有原材料丰富和成本低等优点。本文在综述了国内外金属硫化物研究进展的基础上,首次研究了MgS作为锂离子电池电极材料的电化学性能。以Mg粉、MgH2、升华硫(S)和乙炔黑(C)为原料,分别将Mg和MgH2粉体材料与S机械球磨合成MgS,再将MgS与C球磨合成MgS/C复合材料,或将MgH2与S/C球磨混合粉体材料进行机械球磨制备MgS/C复合材料。此外,还通过先将MgH2和C球磨,再与S加热反应生成MgS/C复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜、透射电子显微镜(TEM)和高分辨率透射电镜(HRTEM)等现代材料测试方法及恒电流充放电、循环伏安法等电化学测试技术分析了材料的物相、微观结构及电化学性能。结果表明,上述方法中Mg和MgH2均能与S反应生成MgS,其中机械力化学法制备的MgS/C材料较热反应法合成的复合材料,颗粒更细小,基本小于1μm,其中MgS为纳米尺寸,嵌于无定形C基体中。尤其是以MgH2和S/C为原料通过机械力化学法制备的MgS/C材料,其颗粒更为细小,纳米晶MgS均匀弥散均匀成分于碳基体中,其作为锂离子电池负极材料具有优异的电化学性能,其首次容量高达1741inAh/g,首次库伦效率为81%,容量下降主要发生在前10个循环,随后循环性能优异,80个循环后,放电比容量约为630mAh/g。本文还进一步结合XRD和HRTEM等测试分析手段,研究了MgS脱嵌锂过程机理。
【作者】王敏娟；
【导师】潘洪革；高明霞；
【作者基本信息】浙江大学，材料学，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；负极材料；MgS；球磨；热反应；电化学性能；

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