铋(Bi)在自然界中以游离金属和矿物的形式存在。矿物有辉铋矿、铋华等。辉铋矿是硫化物矿物,其中Bi含量为81.3%,是提炼Bi最主要的矿物原料。硫化铋(Bi₂S₃)是重要的半导体材料,其带隙能为1.3 eV,在光电二极管、光催化剂、生物标签、锂离子电池等领域中具有潜在应用价值。将Bi₂S₃作为锂离子电池电极材料,在电池充放电过程中,金属的3d轨道能提供更多的电子参与Bi₂S₃与锂离子(Li+)之间的锂化反应,Bi₂S₃将发挥出来相对较高的容量,所以,Bi₂S₃可作为一种新型锂离子电池电极材料。本论文以辉铋矿精矿为原料制备出五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O),将其与硫代乙酰胺(CH3CSNH2)作为前驱物,采用水热法合成Bi₂S₃电极材料。分别采用碳纳米管(CNT)、石墨烯(GR)对Bi₂S₃进行修饰,通过水热法制备Bi₂S₃/CNT、Bi₂S₃/GR复合电极材料。以Bi₂S₃为前驱体,在管式炉中制备得Bi@C纳米核壳结构电极材料。采用X-射线衍射仪(XRD)进行物相表征,采用比表面及孔径测试仪(BET)测试比表面积及孔径,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察微观形貌,采用热重分析仪(TG)分析热稳定性。将合成的电极材料制成扣式电池,采用蓝电测试仪与电化学工作站对电池电化学性能进行测试。结果表明:(1)在Bi(NO3)3·5H2O与CH3CSNH2摩尔配比为1:10、反应时间为12h、反应温度120℃条件下水热合成的Bi₂S₃晶型完整,结晶度高,呈纳米尺寸棒状结构。Bi₂S₃在100mAg-1首次放电比容量为1021.9mAhg-1,循环50次后容量大幅度下降,容量保持率趋近于0。(2)在Bi₂S₃/CNT复合电极材料中,Bi₂S₃附着在柔性碳管上,对电荷的转移提供了快捷通道。Bi₂S₃/CNT表现出较好的循环性能和高倍率性能,在1000mAg-1电流下容量仍然接近204mAhg-1,50次循环后容量稳定在246.3mAhg-1。(3)在Bi₂S₃/GR复合电极材料中,Bi₂S₃分散在GR片层之间,引入GR有助于提高Bi₂S₃的首次充放电效率、初始容量、循环性能和倍率性能。Bi₂S₃/GR首次放电比容量高达1248.9mAhg-1,循环50次以后容量保持343mAhg-1,同时在1000mAg-1的大电流放电能够保持243mAhg-1的容量。(4)晶态的Bi纳米棒均匀包覆在一层非晶碳层内,使Bi@C拥有较大的比表面积(179.78cm3/g)和孔径(4.15nm)。电化学测试表明,Bi@C在100mAg-1电流密度下循环50圈后比容量仍然能保持在412.7mAhg-1。