【摘 要】
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随着经济的发展,对能源需求越来越高,但传统化石能源的消耗,给人类赖以生存的环境造成了不可逆转的影响,发展太阳能、风能、潮汐能等可再生能源已成为各国解决能源问题的重要途径,但这些新能源具有间歇性、波动性的特点,因此需要具有更高容量、大规模及低成本的储能技术。锂离子电池（LIB）是迄今为止发展最快最好的储能器件,它具有稳定性好、高能量密度、耐用和环境友好等特点。但传统的石墨电极无法满足更高性能电池的需
【基金项目】
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国家自然基金（No.22178053,21776040,21576047）
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随着经济的发展,对能源需求越来越高,但传统化石能源的消耗,给人类赖以生存的环境造成了不可逆转的影响,发展太阳能、风能、潮汐能等可再生能源已成为各国解决能源问题的重要途径,但这些新能源具有间歇性、波动性的特点,因此需要具有更高容量、大规模及低成本的储能技术。锂离子电池（LIB）是迄今为止发展最快最好的储能器件,它具有稳定性好、高能量密度、耐用和环境友好等特点。但传统的石墨电极无法满足更高性能电池的需求。合金型负极材料SnO具有高理论容量、高空穴迁移率以及循环性能好等优点,转化型负极材料FeS具有高理论可逆比容量、自然储量丰富、成本低等优势,这两类材料作为高性能锂离子电池负极材料的研究非常活跃。然而,它们在充放电过程中的体积膨胀会破坏电极材料的结构进而影响其储锂性能。碳材料导电性好、结构稳定、价廉易得。将它们与碳材料复合可以有效地缓解上述问题改善电池的电化学性能。制备金属/碳复合材料的方法有很多,低成本快速合成技术无疑是业界关注的课题。煤沥青碳含量高、价廉易得,是碳材料的优质前驱体,将其应用于储能领域,也是实现煤沥青高附加值利用的方法之一。本文以煤沥青作为碳源,通过机械球磨和微波合成的方法制备锡/碳、FeS/C复合材料,具体内容如下。以价廉易得的中温煤沥青为原料,经炭化后与锡粉进行球磨、氧化后制备了锡/碳复合材料。考查了不同球磨速度、及不同锡含量对锡/碳复合材料组成、结构、形貌及储锂性能的影响,结果表明,锡均匀分散在碳基体中,随着球磨速度的提高,材料的颗粒尺寸变小、无序度提高;经氧化处理,Sn被氧化转化为SnO;球磨速度为600 r min-1时,复合材料中的锡全部以SnO的形式存在。电化学性能结果表明,碳的引入有效缓解了锡基负极材料的体积膨胀问题,并且使材料的结构稳定性明显增强。碳含量影响复合材料的储锂性能。当碳锡比为7:3,球磨速度为600 r min-1时,C/Sn-7/3-600-7-O储锂性能最好,在0.1 Ag-1的电流密度下,首次放电比容量为1226.6 mAhg-1,首次库伦效率为66.44%。在3 Ag-1大电流密度下,其比容量为474.3 mAhg-1。0.1 Ag-1下循环130次,放电比容量为664.6 mAhg-1。以磺化沥青粉、三氯化铁为原料,经离子交换得到了铁交换的复合物,随后加入微波介质,经过微波反应生成了FeS相,快速制备了FeS/C复合材料。FeS附着在碳基体表面,有效地阻止了FeS负极材料的体积膨胀,展示出良好的储锂性能。在0.1 Ag-1电流密度下循环250圈后,放电比容量为425.8 mAhg-1。
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