碳材料改性二硫化钼高性能负极材料的结构设计与研究

摘要

层状过渡金属硫化钼（MoS2）作为锂离子电池电极材料，具有理论比容量高、工作温度范围宽等优点，但是体积膨胀和电子电导率差严重地限制了MoS2电极材料的发展。为了克服这两种缺陷，本文设计制备了两种不同结构的MoS2基复合材料用作锂离子电池负极材料，同时设计了两种不同结构的MoS2基电极材料，研究了其电化学储锂性能。 利用真空抽滤法制备“点-线-面”结构的N-CNT/MoS2@C自支撑电极，同时对电化学性能进行了研究。得益于球形MoS2@C，线形N-CNT和具备三维网络状结构的再生纸三种材料之间形成的协同作用，N-M-RP薄膜在不同倍率下表现出相对较高的放电比容量（990 mAh g-1），N-CNT再生纸薄膜（N-RP薄膜）呈现出成为电极材料的可能性（280 mAh g-1），而只沉积了MoS2@C的再生纸薄膜（M-RP薄膜）几乎没有储锂的性能（0 mAh g-1），根本不能用作锂离子电池电极材料。在高倍率下（500 mA g-1），N-M-RP循环200圈之后的可逆比容量分别为740 mAh g-1。所制备的“点-线-面”结构复合材料融合了3种材料的优点，能够最大限度地发挥各自的功能，使得电极材料具备优异的电化学性能。 采用水热法制备”同轴管状”结构MoS2/氮掺杂石墨烯纤维（N-G-M）复合材料，并对电化学性能进行了研究。这种管状结构的复合材料具有明显的特点，氮掺杂石墨烯纤维作为材料骨架不仅保证了电子的快速传导，而且减弱了MoS2在充放电过程中出现的体积膨胀。作为锂离子电池负极材料，同轴管状MoS2/氮掺杂石墨烯纤维复合材料表现出良好的循环性能和倍率性能。在1Ag-1高倍率条件下，N-G-M的可逆放电容量保持在398 mAh g-1。在100 mA g-1倍率下循环50圈， N-G-M、G-M和纯MoS2的放电比容量分别为600 mAh g-1、361 mAh g-1和107 mAh g-1。“同轴管状”结构的N-G-M复合材料一方面缓解了二硫化钼材料的体积膨胀，另一方面为复合材料提供了良好的电子电导，使得制备的N-G-M复合材料表现出优异的电化学性能。

目录

第一个书签之前

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 层状过渡金属硫化物

1.4 二硫化钼（MoS2）负极材料的结构设计

1.4.1 二硫化钼与炭黑复合

1.4.2 二硫化钼与碳纳米管复合

1.4.3 二硫化钼与石墨烯复合

1.5 选题意义和研究内容

1.5.1 选题意义与设计思路

1.5.2 研究内容

2.1 实验原料与仪器

2.2 “点-线-面”结构自支撑材料的合成

2.2.1 再生纸的制备

2.2.2 MoS2@C的制备

2.2.3 N-CNT的制备

2.2.4 N-CNT/MoS2@C/再生纸（N-M-RP）薄膜的制备

2.3 “同轴管状”结构材料的合成

2.3.1 纯二硫化钼（MoS2）的制备

2.3.2 石墨烯纤维/二硫化钼复合材料（G-M）的制备

2.3.3 氮掺杂石墨烯纤维复合材料（N-G）的制备

2.3.4 氮掺杂石墨烯纤维/二硫化钼复合材料（N-G-M）的制备

2.4 材料的结构和性能表征

2.4.1 X射线衍射 (XRD)

2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）

2.4.3 透射电子显微镜（TEM)

2.4.4 X射线光电子能谱分析（XPS）

2.5 扣式电池的组装

2.6 电池电化学性能测试

2.6.1 充放电测试

2.6.2 循环伏安测试（CV）

2.6.3 交流阻抗测试（EIS）

3.1 引言

3.2.1 晶体形貌和结构分析

3.2.2 元素成分与价态分析

3.2.3 表面微观形貌分析

3.2.4 力学性能和电学性能分析

3.2.5 电化学性能分析

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.2.1 晶体结构分析

4.2.2 元素成分分析

4.2.3 表面形貌分析

4.2.4 电化学性能分析

发表论文和参加科研情况说明