摘要
钠离子电池作为新型清洁能源存储器件，有望被应用在新能源汽车和大规模储能领域。锡基硫化物（SnS2和SnS）作为理想的钠离子电池负极材料，具有高理论比容量，获得了越来越多的关注。然而，其导电性较差，在钠离子脱嵌过程中有巨大的体积变化，使得锡基硫化物负极材料电化学性能较差。目前，减小锡基硫化物尺寸、将锡基硫化物与碳基和非碳基材料复合，是公认的几种提高其导电性、抑制其体积变化的有效方法。本文延续该思想，提出了三种改进方案，并制备出了相应的锡基硫化物复合材料，所得的复合材料在钠离子电池中电化学性能表现良好： （1）通过引入三硫化二锑（Sb2S3）与二硫化锡（SnS2）形成异质结构SnS2/Sb2S3，同时使用还原石墨烯（rGO）作为基底，制备出了SnS2/Sb2S3@rGO复合材料。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等物性表征方法，本文探究出了SnS2/Sb2S3异质结构的形成机理。将该复合材料应用到钠离子电池中，获得了优异的倍率性能和良好的循环稳定性。在0.2A g-1电流密度下拥有642mA h g-1的高可逆比容量，并能保持容量100圈不衰减，在1A g-1电流密度下循环400圈后仍能保持80.5%的可逆比容量。即使在2和4A g-1的高电流密度下依然能够保持589和564mA h g-1的高平均可逆比容量。通过恒电流间歇滴定法（GITT）和交流阻抗（EIS）等电化学测试，可以了解到形成SnS2/Sb2S3异质结构能够提高SnS2材料的电子导电性，改善钠离子在SnS2中的扩散动力学。进一步结合菲克第一定律，本文提出了异质结构提高电子传导和钠离子扩散动力学的机理。 （2）使用简单的湿化学法在合成过程中对硫化亚锡（SnS）材料进行了不同氟含量的掺杂。通过一系列物性表征方法，本文探究了不同氟掺杂量对SnS晶体结构的影响。将不同氟掺杂量的SnS材料应用到钠离子电池中，发现10at.%的氟掺杂可以获得最优的电化学性能。其在0.2A g-1电流密度下循环100圈可以保持71.9%的可逆比容量。 （3）使用特殊硫源邻氨基苯硫酚，通过简单的湿化学法制备出了均匀生长在碳基底上的SnS量子点（SnS QDs@c-PAT复合材料）。通过透射电子显微（TEM）等物性表征方法，可以发现制备出的SnS量子点分布均匀，颗粒均一且大小仅有4nm。将其应用到钠离子电池中，SnS QDs@c-PAT复合材料表现出了优秀的循环稳定性。在1.6Ag-1电流密度下，经过2500圈的长循环后，仍然能够拥有475mA h g-1的可逆比容量。这得益于SnS量子点的超小尺寸和碳基底抑制了其在充放电过程中的体积变化。
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