氮掺杂碳纳米管包合铁半限域硫化制备新型锂离子电池负极材料

摘要

锂离子电池的性能高度依赖于负极材料的性能.由于商业石墨受限于较低的理论容量,开发新型炭材料和金属氧化物/硫化物引起越来越多的关注.黄铁矿(FeS2)具有较大理论储锂容量(894mAh·g-1),而且环保价廉.为了提高黄铁矿的电导率,改善其充/放电过程中的体积变化,合成了碳纳米管限域黄铁矿复合材料(FeS2/N-CNTs).该材料基于填充有铁纳米线/棒的氮掺杂碳纳米管(Fe@N-CNTs)的独特结构,利用氮掺杂碳纳米管管壁上的缺陷,通过简易的硫化过程,实现了碳管内铁的原位限域硫化转化.所得FeS2/N-CNTs复合物中黄铁矿以两种形态存在,一种是由半开放的氮掺杂碳纳米管包裹的FeS2纳米线,另一种是FeS2纳米颗粒从管腔扩散并附着在碳管外壁上.FeS2/N-CNTs复合物作为锂离子电池的负极材料,表现出高放电容量(996mAh·g-1/0.1A·g-1)和良好的倍率性能,且循环性能优良.