硫化铋纳米复合材料的制备及其储钠性能的研究.pdf

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1、硕士学位论文硫化铋纳米复合材料的制备及其储钠性能的研究PREPARATIONANDSODIUMSTORAGEPROPERTIESOFBISMUTHSULFIDENANOCOMPOSITES张新羽哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM911.41学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文硫化铋纳米复合材料的制备及其储钠性能的研究硕士研究生：张新羽导师：张乃庆教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TM911.41U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringPREPARATIONANDSODIUMSTORAGEPROPERTIESOFBISMUTHSULFIDENANOCOMPOSITESCandidate：XinyuZhangSupervisor：Prof.NaiqingZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：

3、ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要钠离子电池的原料来源广泛，价格低廉，符合当下大规模储能设备的实际需求，因此得到了广泛的关注与研究。开发具有较大比容量、良好稳定性的负极材料，是实现钠离子电池实际应用的关键。B

4、i2S3作为负极材料应用于钠离子电池，有着许多的优势。例如，其脱嵌钠过程中的体积膨胀较小，仅有250%；拥有较大的理论比容量626mAhg-1；转化反应的产物Na2S可以作为缓冲层，有效地缓解材料的体积变化等。但是，材料本身的导电性较差，其体积膨而造成的电池性能衰减较为严重。本文中采用不同的方式制备硫化铋纳米复合材料，提升材料的导电性，更好地缓解材料在脱嵌钠过程中的体积变化，进而提升其循环稳定性。主要的研究内容包括：(1)采用溶剂热的方式制备了Bi2S3纳米管，并探究甘氨酸、尿素两种导向剂对材料形貌的影

5、响。接下来，对Bi2S3纳米管材料分别进行碳包覆(Bi2S3@C)，以及二氧化钛包覆(Bi-1-12S3@TiO2)。Bi2S3@C材料在0.1Ag和1.0Ag的电流密度下，100次充放电循环之后分别展现出了91.97mAhg-1、73.98mAhg-1的比容量。Bi-1-12S3@TiO2材料在0.1Ag和1Ag的电流密度下，100次充放电循环之后分别展现出了139.33mAhg-1、116.09mAhg-1的比容量。两种包覆后的材料，与未包覆的Bi2S3纳米管相比，在循环性能以及倍率性能上都有了一定

6、的提升。(2)采用水热的方式，一步制备Bi2S3纳米棒与还原氧化石墨烯的复合材料(Bi2S3/rGO)。在复合材料中，Bi2S3呈现纳米棒状结构，长度在500nm~600nm，直径在50nm左右。而未加入石墨烯的反应体系得到的Bi2S3尺寸较大，证明石墨烯的加入起到了减小纳米棒尺寸的作用。同时，石墨烯的加入使得Bi2S3纳米棒的分散性更好，抑制其在电极反应过程中的团聚，并进一步提升了材料的导电性。Bi-12S3/rGO纳米复合材料在0.1Ag的电流密度下循环50次之后的比容量仍可达306.57mAhg-

7、1；在1.0Ag-1的电流密度下循环100次后，其放电比容量也基本稳定在284.76mAhg-1。Bi2S3/rGO复合材料在倍率性能上也有很大提升，在2.0Ag-1的电流密度下，依然展现出291.80mAhg-1的放电比容量。关键词：硫化铋；纳米管；石墨烯；负极材料；钠离子电池-I-AbstractAbstractSodiumionbatteriescanmeetthedemandoflarge-scaleenergystoragesystemduetotheirhugeabundantofrawma

8、terialsandlowcost,andhaveattractedgreatattention.Itiscrucialtodeveloprobustanodematerialswithhighspecificcapacityandlongcyclinglifetowardpracticalapplicationsofsodiumionbatteries.Usedasanodeofsodiumionbatteries,Bi2S3hasman