摘要
热电池正极材料对热电池的放电性能起着至关重要的作用。CoS2因为电导率高，热分解温度高和理论比容量大，在热电池中具有很好的应用前景。但是其在空气中稳定性较差，尤其是湿度较大时容易被氧化分解，导致其难以直接应用在热电池当中。因此，本论文水热法合成了CoS2，并通过掺杂和包覆的方式来改善CoS2的空气稳定性，并分析研究了改性对材料电化学性能及热稳定性的影响。 本论文研究了水热合成CoS2过程中pH值、反应物浓度及热处理对产物结构及性能的影响。结果表明当pH=5、反应物浓度小于等于0.15mol L-1制备的CoS2无杂相。此外，通过高温除硫法能够有效除去产物中残余硫单质并提高其结晶度。放电结果表明，当截止电压为1V时，pH=5、反应物浓度为0.1mol L-1工艺条件下的CoS2恒流放电中的比容量可达到707mAh g-1，脉冲放电中所加载的脉冲个数可达到22个。 通过Fe掺杂合成了系列CoxFe1-xS2化合物。TG结果显示双金属硫化物热分解温度均在600℃以上，能很好的满足热电池放电要求。热电池的放电研究表明，双金属硫化物表现出了优异的放电能力。当截止电压为1V时，Co0.5Fe0.5S2和Co0.3Fe0.7S2恒流放电比容量能分别高达727mAh g-1和731mAh g-1，明显高于CoS2与FeS2放电能力。储存后Co0.3Fe0.7S2比容量能保持在储存之前的88%，明显高于CoS2储存后的容量保持率，说明CoS2中掺入Fe能够有效改善其空气稳定性。 通过阳离子交换法的原理，在CoS2的表面用Fe元素部分置换出Co元素，得到CoS2@Co-Fe-S结构。该结构明显改善了CoS2的空气稳定性。同时，CoS2@Co-Fe-S对CoS2的电化学性能的影响也极小。当截止电压为1V时，CoS2@Co-Fe-S恒流放电比容量为707mAh g-1，脉冲放电中的脉冲放电数目为22，与CoS2的差别很小。因此，制备CoS2@Co-Fe-S结构是一种有效的提高CoS2的空气稳定性且同时不影响其放电性能的有效方式。
NETL