哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
锂离子电池具有高能量和功率密度，被认为是最重要的储能和转换技术。
然而，为了满足日益增长的高能量密度能源及快速充电需求，人们开发出一系
列先进负极材料。过渡金属硒基化合物成本低廉且易于实现可逆的氧化还原反
应，在一系列潜在的候选材料中脱颖而出。然而，硒基化合物往往都存在着容
量偏低、体积膨胀以及动力学迟缓等问题，如何解决上述问题成为硒基负极实
际应用的关键。组成异质结构材料是解决上述问题的有利手段，不同组分间的
协同作用来增强材料电化学性能并利用导电的碳材料缓解体积膨胀。通过电化
学测试和DFT计算，评价异质结构材料的电化学性能以及这些异质结构如何对
电化学性能产生影响。
(1)通过冷冻干燥以及热硒化方法制备锚定在石墨烯NiSe/CoSe异质结构
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纳米粒子(NiSe/CoSe/Graphene)。小尺寸的高活性硒化物纳米粒子以及石墨烯
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增强储锂性能及循环稳定性(0.1Ag-1循环327圈比容量929mAhg-1，1Ag-1
循环1500圈比容量稳定)。DFT计算发现NiSe/CoSe异质界面处的富电子区和
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硒化物自身丰富的电子态密度，促进锂离子存储能容量。然而，还需要进一步
提高硒基异质结构材料的比容量以及化学反应动力学。
(2)采用水热法制备MOF前驱体，随后经过一系列热处理过程得到碳包覆
蛋黄壳NiO/NiSe异质结构微球(NiO/NiSe@C)。NiO/NiSe@C具有优异的储
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锂容量(0.2Ag-1循环280圈比容量1124mAhg-1)以及改善的锂离子扩散系数
和赝电容贡献。DFT计算结果发现NiO/NiSe2异质界面处发生电荷再分布，诱
导产生内建电场加速了离子/电子传输，提高储锂容量并改善锂化反应动力学。
NiO/NiSe@C进一步提高硒基材料比容量及化学反应动力学，但仍需要提高大
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电流充放电能力。
(3)通过简单的球磨方式制备MSeO/Graphene材料。CoSeO/Graphene和
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NiSeO/Graphene在0.2Ag-1电流密度下循环280圈和320圈，比容量分别为
3
780mAhg-1和2098mAhg-1。NiSeO/Graphene在5Ag-1循环1500圈比容量
3
340mAhg-1，容量保持率170%；15Ag-1倍率性能测试后恢复至0.2Ag-1，随
后220圈比容量增加至1887mAhg-1，表现出高倍率、长循环、高比容量的特
性。使用CV证实亚硒酸盐在首次充放电过程形成MO/SeO2异质结构。
关键词：锂离子电池；负极材料；异质结构；硒化物；电化学性能
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哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
Abstract
Lithium-ionbattery,withhighenergyandpowerdensity,areconsideredtobe
themostimportantenergystorageandconversiontec