近几年,金属卤化物钙钛矿因其优异的光电特性,成为瞩目的光敏材料。由于其较长的电子扩散长度,较高的电荷载流子迁移率,吸收范围广和吸收系数高的良好特性,使钙钛矿应用于太阳能光伏发电,发光二极管,光电探测器,光催化及传感器等多个领域。考虑到钙钛矿的广泛应用,以及潜在的双功能器件的研究,钙钛矿在储能设备中的应用却相对较少,少部分研究集中在有机无机混合铅卤钙钛矿。而同样被广泛关注的稳定性更好的全无机铅卤钙钛矿的相关储能研究十分稀少。而无毒的全无机无钙钛矿在储能方面的研究为零。基于以上情况,本文选取了无铅钙钛矿Cs₂AgSbCl₆,以及两种不同维度的铅卤钙钛矿-0维Cs₄PbBr₆,3维CsPbBr₃,这三种全无机钙钛矿。将其作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试,具体的研究内容如下:1、Cs₂AgSbCl₆-全无机无铅钙钛矿的合成及首次应用于锂离子电池在室温下通过简单的溶液共沉淀合成策略,合成单体Cs₂AgSbCl₆,晶粒平均尺寸0.60μm,形貌特征为由菱形六面体状晶粒聚集的多孔结构。将制的材料组装成半电池,测试其电化学性能,具体性能数据如下:在恒定电流密度(100 m A g^-1)下测试恒流充放电性能,得到首次放电容量为409.4 m Ah g^-1,循环测试200圈,可逆容量保持在350 m Ah g^-1。其倍率性能显示,在较高的电流密度下(200 m A g^-1,400 m A g^-1,600 m A g^-1),平均放电容量分别为254.0 m Ah g^-1,203.4m Ah g^-1,157.6 m Ah g^-1。在100,200,400 m A g^-1的电流密度下,较商用锂离子电池负极材料Li₄Ti O₁₂(LTO)的理论容量(175 m Ah/g)高。2、0维Cs₄PbBr₆与其复合物Cs₄PbBr₆@CNT的合成与电化学性能的探究通过无配体辅助的共沉淀法,成功合成0维单体Cs₄PbBr₆。SEM图显示,晶粒平均尺寸为0.36μm,呈椭圆的鹅卵石形貌。复合物是通过在前驱体溶剂中分散CNT后,再加入反溶剂制得。其元素分析证明,C元素与Cs,Pb,Br分布均匀,且CNT质量比例约为7%,形貌呈毛刺球体。由于维度的优越性,Cs₄PbBr₆较大得晶胞空间有利于嵌入较多Li⁺。测试其电化学性能,发现复合物的各方面电化学性能较单体并未提升明显。这是由于单体独特的形貌与晶体结构,使其实现较为优异的电化学性能,少量CNT的复合对整体未有影响。由于测试过程中单体与复合物的一致性,这里仅对单体进行电化学测试的说明。恒流测试中,在100 m A g^-1的电流密度下,首次比容量为462.3 m Ah g^-1,100圈之后容量保持为232.8 m Ah g^-1。长循环535圈,可逆容量保持为230 m Ah g^-1,相较第100圈,容量保持率接近100%。其倍率性能测试显示,在200 m A g^-1,400 m A g^-1电流密度下,平均放电容量分别维持于228.5 m Ah g^-1,183.1 m Ah g^-1,皆高于商业负极LTO容量。同时其不同扫描速率下的循环伏安图说明了电化学动力学过程主要受固体扩散控制。3、3维CsPbBr₃与其复合物CsPbBr₃@CNT的合成与电化学性能的探究简化的反溶剂法成功合成了3维单体CsPbBr₃,SEM图显示,呈平均尺寸为0.24μm的斜方体形貌。通过在前体溶液中加入CNT成功合成CsPbBr₃@CNT,元素分析得到,复合物C元素与Cs,Pb,Br三种元素分布均匀,其中CNT占复合物总质量比例约为7%。复合物整体形貌为毛刺包裹的颗粒构造的三维网状结构。相比3维单体CsPbBr₃较差的电化学性能(首圈放电比容量:130.7 m Ah g^-1,100圈后放电比容量:20 m Ah g^-1),CsPbBr₃在复合CNT过后显示出极大提升的其电化学性能。说明CNT与CsPbBr₃的协同作用极大地提升了复合物的电化学性能。复合物电化学性能总结如下,恒流充放电测试显示,在电流密度100 m A g^-1下,首圈比容量高达644.6 m Ah g^-1,继续循环200圈后,可逆容量保持为470.2 m Ah g^-1,库伦效率接近100%。同时,复合物也显示出极佳的倍率性能。其电流密度与可逆容量关系为:100 m A g^-1/475.8 m Ah g^-1,200 m A g^-1/366.0 m Ah g^-1,400 m A g^-1/261.1 m Ah g^-1,600 m A g^-1/203.8m Ah g^-1,200m A g^-1/384.0 m Ah g^-1,100 m A g^-1/517.4 m Ah g^-1。比较显著的是,在600m A g^-1的高能量密度下,平均放电容量保持为203.8 m Ah g^-1,相比商用LTO负极的理论容量(175 m Ah g^-1)更高。同时,在倍率测试过程中,电流密度返回到小电流密度后,容量略微增加说明了高倍率下良好的可逆性。本工作首次将CsPbBr₃@CNT应用于锂离子电池,是首次新型全无机钙钛矿复合物应用于储能设备,并表现出优于商业石墨及LTO负极的电化学性能的工作。其表现出的电化学性能在未来多功能器件的材料应用方面具有一定参考价值。