摘要
黄铁矿二硫化铁（FeS2）因其理论比容量高、成本低及原材料丰富等的特点，是目前极具竞争力的正极候选材料之一。然而，其实际应用仍受到几个显著缺点的限制，包括电极反应过程中的可溶性聚硫化物的溶解和扩散、较大的体积变化造成的电极材料坍塌以及锂化产物的离子/电导率较差。在保持高体积能量密度的同时实现二硫化铁电极材料的可扩展合成仍然是一个严峻的挑战。本研究建立了一种基于碳复合和熵调控相结合的策略改性FeS2电极。通过低成本的溶剂热合成法制备FeS2电极，碳复合提高其导电性，解决锂化产物导电性较差的问题，同时稳定电极结构，缓解循环过程中体积膨胀引起的电极坍塌。增加构型熵进一步从根本上提高材料的体相稳定性，再利用熵稳定材料对锂聚硫化物表现出的强亲和力，抑制“穿梭效应”，从而制备出显著提高电化学性能的复合正极。具体内容如下: （1）采用溶剂热法制备了低、中熵FexTMS2。X射线粉末衍射（XRD）分析表明，低含量过渡金属掺杂的低、中熵FexTMS2样品均为Pa-3（205）空间群的单相。ICP分析FexTMS2-2的实际分子式为:Fe0.746Co0.091Cu0.066Ni0.063Mo0.109S2.187,金属与硫的摩尔比（MS2）为1∶2。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，FexTMS2-2中Co、Cu、Ni、Mo存在并且发生了价态转变。在500mAg-1的电流密度下，中熵FexTMS2-2经过500次循环后，放电比容量仍能保持在576.8mAhg-1。在1000mAg-1的高电流密度下，循环100周后仍能保持500mAhg-1。即使在5000mAg-1的高电流密度，仍能提供588.4mAhg-1的倍率放电比容量。FexTMS2-2电化学性能的提升可归因于熵稳定效应及其多种过渡金属成分的协同作用。 （2）采用溶剂热法制备了高熵Fe（CoCuNiMo）yS2。调控Co、Cu、Ni、Mo的掺杂比例（y）控制熵值，以研究高构型熵对电极材料电化学性能的影响。将制备的高熵Fe（CoCuNiMo）yS2作为锂离子电池正极并探究其电化学机制。XRD测试数据分析表明Fe（CoCuNiMo）yS2的晶体结构会受到熵值的影响。电化学测试表明，具有最大熵值的Fe（CoCuNiMo）0.2S2具有最佳的电化学性能。电流密度为500mAg-1时，Fe（CoCuNiMo）0.2S2的放电比容量高达594.0mAhg-1,700次循环后放电比容量为447.2mAhg-1。在5000mAg-1的高倍率电流密度下，可逆容量为546.0mAhg-1。原因主要归结于构型熵的增加可进一步提高材料的体相稳定性，此外，金属活性位点的增多增加了Li+嵌入位点，从而增强了Fe（CoCuNiMo）yS2的电子导电性。 （3）采用熔融扩散法制备了不同高熵硫化物作为电催化剂的C/S/HES复合电极。基于高熵硫化物中的多种金属活性物质抑制可溶性多硫化物的溶解和扩散，以增强锂硫电池中硫正极的锂存储能力。XRD测试结果分析表明，所制备的样品的衍射峰与硫（PDF#08-0247）的Fddd正交相吻合。电流密度在0.2C、0.5C和1C时，C/S/HES-1的可逆容量分别为896.1、730.5和648.1mAhg-1。将传统的PP隔膜替换为C/S/HES复合PP隔膜，可以进一步提高Li-S电池的电化学性能。电流密度为2C时，PP-C/S/HES-1的初始放电比容量为915.1mAhg-1,160次循环后放电容量为805.1mAhg-1，容量保持率为87.98％。电化学测试结果表明，C/S/HES-1复合材料可以有效地抑制锂多硫化物的溶解，提高电化学性能。
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