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摘要：探究不同硫源对锂离子电池负极材料电化学性能影响。通过硫代硫酸钠硫源法和硫脲硫源法制备实验材料，并选择将不同原材料物质的量比的四种锂离子电池负极材料作为样品，通过实验测试样品的电化学性能。当物质的量比为1∶2时，通过使用酒石酸锑钾和硫代硫酸钠作为原料制备的锂离子电池负极材料具有较好的电化学性能，其放电化学容量可以达到600 mA·h/g以上，远高于石墨负极材料的容量。实验结果表明，不同硫源对锂离子电池负极材料样品的形貌结构和电化学性能产生了显著影响。
关键词：硫源；电池；材料；负极；锂离子；电化学性能
0引言
电动汽车和移动设备等领域的快速发展，不仅给人们的生活带来了极大的便利，也给能源领域带来了新的挑战，锂离子电池的需求不断增加，对于电池的性能要求也日益提高[1]。硫基材料作为一种潜在的负极材料，具有高理论容量、低成本和环境友好性等优点。在硫基材料中，硫元素具有较高的理论容量，同时硫基材料还具有低成本的优势，这使得硫基材料在锂离子电池领域具有广泛的应用前景[2]。此外，硫基材料还具有环境友好性，不会对环境造成污染。因此，硫基材料被认为是下一代锂离子电池的潜在候选者之一。然而，不同硫源对锂离子电池负极材料电化学性能的影响仍需进一步探究。不同的硫源具有不同的化学性质和物理性质，这些差异会对负极材料的电化学性能产生影响。例如，一些硫源具有较高的电导率，可以提高负极材料的电化学性能；而另一些硫源则具有较高的化学稳定性，可以增加负极材料的循环寿命。因此，研究不同硫源对锂离子电池负极材料电化学性能的影响具有重要的意义。本文将探讨不同硫源对锂离子电池负极材料性能的影响。
1实验材料与方法
1.1实验对象
本实验选取了两种具有代表性的硫源，包括硫代硫酸钠硫源法制备Sb2S3、硫脲硫源法制备Sb2S3，作为锂离子电池负极材料的原料。这两种硫源在理论容的原料。量、电化学性能及成本等方面各具特点。
硫代硫酸钠硫源法制备Sb2S3：具有较高的理论容量，可逆放电容量较高、环境友好，有良好的循环性能及倍率性能，且来源广泛，成本相对较低。
硫脲硫源法制备Sb2S3：具有较高的理论容量、良好的电化学性能及加工性能，且可通过改变聚合物链段长度和极性基团的数量和性质来优化其电化学性能[3]。
本实验采用简单的物理混合法制备了不同硫源的锂离子电池负极材料。具体制备过程如下：
将所选的原材料按照相应的比例混合；加入适量的溶剂；将浆料涂布在铜箔上，控制涂布厚度在10~20μm之间；将涂布后的铜箔烘干，温度控制在60℃左右，干燥时间为2 h；最后将烘干后的铜箔进行裁剪和分类，得到不同硫源的锂离子电池负极材料。表1中记录了制备的样品与对应实验参数。
在充放电过程中，硫源中的硫原子与锂离子发生可逆反应，实现锂离子的嵌入和脱出。不同硫源的电化学性能差异主要源于其结构、组成及性质的不同。因此，研究不同硫源对锂离子电池负极材料电化学性能的影响具有重要的实际意义。
1.2实验材料与设备选择
除上述样品制备所需的材料外，在实验中还需要用到的材料包括：碳材料、溶剂、铜箔。为了提高负极材料的导电性能，本实验选用了石墨作为碳源。为了制备均匀的浆料，本实验选用了N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂。作为负极材料的集流体，本实验选用了厚度为20μm的铜箔。除此之外，实验过程中用到的设备包括：电子天平：用于精确称量实验材料的质量；搅拌器：用于混合硫源、碳材料和溶剂，制备浆料；涂布机：用于将浆料均匀涂布在铜箔上；烘箱：用于烘干涂布后的铜箔；裁剪机：用于裁剪烘干后的铜箔，得到不同硫源的锂离子电池负极材料；电化学工作站：用于测试负极材料的电化学性能，包括循环伏安法（CV）、恒流充放电测试等；手套箱：用于保护实验人员免受有毒物质伤害，同时为实验提供无氧、无水的环境；电池封装设备：用于将锂离子电池负极材料封装成电池，并进行充放电测试。
1.3实验方法
为实现对锂离子电池负极材料电化学性能的测定，应用上述所选择的材料和设备，按照8:1:1的质量比，将Sb2S3活性物质与导电剂乙炔黑以及黏结剂PVDF（聚偏二氟乙烯）混合在一起，并放入玛瑞研钵中，经过充分的研磨和搅拌，使其均匀混合[4]。然后，再将这些混合物溶于N-甲基吡咯烷酮中，使其形成均匀的溶液。
为了使电极片干燥并保持其形状和性能，电极板置于真空烘箱内，在80℃下干燥12 h。在干燥结束之后，将干燥的电极片用打孔器切成14 mm直径的圆片。为了确保每个电极片的质量准确且一致，称重后将它们在120℃下真空干燥24 h。在氟气氛手套箱内将金属片作为正极，与前面制备的电极片组装成电池[5]。最后，将电池封口并静置在手套箱内至少8 h，以确保电池内部稳定且无外部干扰。
2实验结果分析与讨论
2.1锂离子电池负极材料形貌分析
在完成上述实验后，首先对四个样品的XRD进行分析，图1为四个样品的XRD图谱。
从图1中的四条变化曲线可以看出，各个样品的衍射峰峰位变化基本一致。这种一致性表明，不同的硫源对于制备的锂离子电池负极材料样品的结晶结构几乎没有影响。样品的衍射图谱与Sb2S3的标准衍射曲线进行对比，可以进一步得出，样品的衍射图谱与JCPDS no.42-1393相匹配。这表明通过上述方式制备的样品为Sb2S3，并且属于斜方晶系。
这种结果是有意义的，因为Sb2S3是一种具有潜在应用价值的材料，尤其是在能源存储和太阳能电池领域。了解不同硫源对其结构的影响对于优化其性能和实现其在现实应用中的广泛应用非常重要。在此基础上，将四个样品的结构长度、直径等结构参数记录如表2所示。
经过综合分析可知，硫源种类的差异对样品的形貌结构产生了显著的影响。具体来说，当选择硫代硫酸钠作为硫源时，主要结构为棒状结构；而当改变硫源，使用硫脲时，所得到的结构则主要为细小的棒状结构。这种变化明确地展示了硫源选择在样品形貌结构形成过程中的关键作用。
2.2锂离子电池负极材料电化学性能分析
在分析不同硫源对锂离子电池负极材料形貌的影响后，再分析其电化学性能。图2—图5记录了四个样品在实验过程中的充放电曲线图。
对图2—图5得到的实验结果进行分析，观察到样品Ⅰ~Ⅳ的首次放电容量分别在400 mA·h/g以上、600 mA·h/g以上、200 mA·h/g以上和100 mA·h/g以上，首次充电容量分别为100 mA·h/g以上、300 mA·h/g以上、60 mA·h/g以上和70 mA·h/g以上。通过比较发现制得的样品Ⅰ和样品Ⅱ比样品Ⅲ和样品Ⅳ具有更好的倍率性能。这可能与硫代硫酸钠作为硫源所制得的产物的形态特征有关，其生长模式为自中心向外，呈微米棒状。该结构增加了电极与电解质的接触面积，增加了电极表面的活性面积，减少了钾离子在电极表面的传输。
除此之外，还发现样品Ⅱ的电容量显著地大于样品Ⅰ的电容量。这种差异可能是由于它们的微观结构不同所导致的。更具体地说，样品Ⅱ中的粗棒簇状结构可能为其提供了更大的电化学反应面积，从而更有利于钾离子的扩散和传导。这种结构的特点是棒状颗粒粗大，相互聚集成簇，从而形成了有利于离子传输的导电网络。
综上所述，通过选择合适的硫源和调整合成条件，可以显著影响样品的形貌结构和电化学性能。因此，在未来的研究中，可以通过进一步优化制备工艺来提高样品的电化学性能，为实际应用提供更多可能性。通过对比不同硫源制备的锂离子电池负极材料的电化学性能，可以筛选出具有优异性能的负极材料，为实际应用提供指导。实验结果表明，所选的两种硫源在一定条件下均能获得较好的电化学性能。这些结果为进一步优化锂离子电池负极材料的制备工艺和改善其电化学性能提供了重要依据。
3结语
本文研究了不同硫源对锂离子电池负极材料电化学性能的影响。实验结果表明，硫源的类型对负极材料的初始放电容量和循环性能具有显著影响。尽管本文对不同硫源对锂离子电池负极材料电化学性能的影响进行了研究，但仍有许多因素可能影响负极材料的性能。未来的研究可以进一步探讨不同硫源与其他添加剂、碳材料等的复合效果，以及在不同电解质、温度和湿度等条件下负极材料的性能表现。此外，通过优化制备工艺和结构调控，有望进一步提高负极材料的电化学性能和循环寿命，以满足实际应用的需求。
参考文献
[1]章勇，蔡景辉，付容，等.铁基氧化物锂离子电池负极材料的电化学性能分析[J].科技创新与应用，2023，13（34）：85-88.
[2]刘科，钟志成.Fe2O3/C锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究[J].功能材料，2023，54（10）：10175-10179.
[3]吴杨，张亮亮，王伟，等.近球形MoS2负极材料的强化水热合成与电化学性能[J].稀有金属材料与工程，2023，52（8）：2893-2900.
[4]张磊，隋杨杨，陈宗权，等.P掺杂Ti2Nb10O29胶囊状锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[J].常熟理工学院学报，2023，37（5）：13-17.
[5]殷立雄，赵津，黄剑锋，等.多孔碳包覆纳米锗负极材料的制备及其电化学性能[J].南京工业大学学报（自然科学版），2023，45（5）：527-536.
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