二硫化钼复合材料储锂性能的研究

发布时间：2020-05-07 11:37

【摘要】：锂离子电池作为一种新型的二次能源电池,因其具有较高的工作电压、无记忆效应、环境友好等优点而有很广阔的应用前景。但是,目前商业化的石墨负极材料比容量较低仅为372 mA h g~(-1),因此寻找更高容量的环保型非碳类负极材料是近几年锂离子电池的重要研究方向之一。二硫化钼的理论比容量为670mA h g~(-1),较高的比容量和具有与石墨烯类似的片层状结构近年来引起科学工作者们的广泛研究。但是二硫化钼本身的导电性较差,而且在脱嵌锂的过程中存在一定程度的体积膨胀,二硫化钼存在的这些缺点限制了其在锂离子电池领域的广泛应用。为了解决二硫化钼电极材料存在的上述问题,本文制备了二硫化钼/石墨烯,二硫化钼/碳等复合材料来改善其电化学性能。采用水热法制备了二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料,研究了水热体系中乙二胺添加剂对二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料形貌和电化学性能的影响。采用XRD,SEM和TEM等方法对复合材料的形貌和结构进行表征,结果表明,添加乙二胺后复合材料具有与石墨烯凝胶类似的形貌,较薄的二硫化钼生长于石墨烯上,两者间的协同作用抑制了彼此的堆叠。恒流充放电测试方法表明,当乙二胺的浓度为0.2 mol L~(-1)时,表现出较好的电化学性能,电流密度为200 mA g~(-1)时,充放电循环120圈后,电极比容量仍保持有816.6 mA h g~(-1);电流密度为2000 mA g~(-1)时,比容量仍可达到683.8 mA h g~(-1)。在二硫化钼/氮掺杂石墨烯复合材料的基础上,以聚苯胺为含氮碳源,制备了二硫化钼/氮掺杂石墨烯/碳复合材料,并研究了不同聚苯胺含量和不同煅烧温度对材料电化学性能的影响。当二硫化钼与聚苯胺的质量比为1:2时,复合材料表现出较高且较稳定的循环性能。另外,电化学测试方法表明,当煅烧温度为800℃时,复合材料表现出较好的脱嵌锂性能,在电流密度200 mA g~(-1)充放电循环200圈后,比容量达到761.9 mA h g~(-1)。采用球磨法和高温固相法制备了二硫化钼/碳复合材料。通过球磨法分别使用葡萄糖和聚苯胺对二硫化钼进行包覆。实验结果表明,碳化的聚苯胺和碳化葡萄糖包覆的二硫化钼都表现出稳定的循环性能,碳化的聚苯胺包覆的二硫化钼表现出更优异的电化学性能。在电流密度为200 mA g~(-1),充放电循环500圈后,比容量为581.4 mA h g~(-1)。
【图文】：

天津大学硕士学位论文子电池由正极、负极、集流体、隔膜和电解液等五个主要部分组 所示。正极材料主要包括锰酸锂和磷酸铁锂以及三元材料等[7]料是石墨。电解液在锂离子电池中起电子传输作用，电解液一和电解质锂盐组成，其中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙酯和碳酸二甲酯等[8]。由于电解液中含有浓度极高的有机溶剂具有耐有机溶剂腐蚀的特点，目前使用的隔膜基体材料主要有高分子聚合物。

图 1-2 锂离子电池工作原理图Fig.1-2 The principle of Li-ion battery负极材料研发概况子电池中，负极材料在电池比容量、功率以及库伦效率重的作用。理想中的负极材料应该满足以下几个特点[11]较低的电压平台；较高且较稳定的循环比容量；与有机电解质的相容性较好；锂离子容易嵌入与脱出负极材料，，库伦效率接近 100%；材料无污染、来源丰富且价格低廉。负极材料有碳素材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂材
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ136.12;TB33

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本文编号：2652912