二硫化钼基纳米复合材料的制备及其储钠性能研究

发布时间：2020-10-27 09:06

　　 MoS_2作为一种层状过渡金属硫化物,由于具有较宽的层间距(0.67 nm),被认为是一种理想的钠离子电池负极材料。但MoS_2本身导电性较差,并且在电化学反应过程中体积膨胀较大,从而限制了它在钠离子电池中的应用。因此,设计合成新型MoS_2基复合材料,以提高其导电性和抑制体积膨胀,是改善MoS_2钠电性能的有效途径。本文通过水热合成法以及液相剥离-还原法合成了几种MoS_2基复合材料,并将其用作钠离子电池负极材料,研究了它们的电化学性能。具体研究内容如下:1.设计开发了一种MoS_2纳米片@氮掺杂碳微管(NCMT)复合电极材料,并将其用作钠离子电池负极材料。NCMT骨架衍生于常见的三聚氰胺海绵,它不仅用作模板,而且用作氮源和碳源。这种独特的结构设计可以有效地缩短钠离子的扩散长度,提高电极的导电性,为电化学反应提供更多的活性位点。当用作钠离子电池负极材料时,MoS_2@NCMT复合材料表现出高初始库仑效率(67.9%),较高的倍率性能(在10 A g~(-1)的电流密度下放电比容量为196 mAh g~(-1),在30 A g~(-1)的电流密度下放电比容量为118 mAh g~(-1))以及较好的循环稳定性(在80 mA g~(-1)的电流密度下循环100圈后,放电比容量为289 mAh g~(-1))。2.以低成本商用三聚氰胺海绵为模板,氧化石墨烯为单体,通过表面浸渍组装、冻干及高温烧结过程制备了独特的三维氮掺杂石墨烯微管(NGMT)材料。以NGMT为模板,水热合成了MoS_2@氮掺杂石墨烯微管(MoS_2@NGMT)复合材料。由于石墨烯微管的良好导电性和稳定的三维骨架结构,将MoS_2@NGMT作为钠离子电池负极材料,表现出良好的循环稳定性和倍率性能,在100 mA g~(-1)的电流密度下循环100圈后,MoS_2@NGMT仍然有407 mAh g~(-1)的放电比容量,并且在50 A g~(-1)的电流密度下,复合材料仍然有203 mAh g~(-1)的放电比容量。3.通过一锅法合成了碳包覆的MoS_2/石墨烯(Ex-MoS_2/RGO@C)复合材料。该方法在室温下利用液态钾钠合金同时完成了商用MoS_2粉体的原位剥离以及氧化石墨烯和二氧化碳的还原。作为钠离子电池的负极材料,Ex-MoS_2/RGO@C复合材料具有高倍率性能(在2 A g~(-1)的电流密度下放电比容量为316 mAh g~(-1))和良好的循环稳定性(在100 mA g~(-1)的电流密度下循环150圈后,放电比容量为415 mAh g~(-1))。石墨烯的导电性、原位碳涂层以及MoS_2的层间距扩大之间的协同作用是电化学性能优异的原因。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TB33
【文章目录】：
摘要
abstract
引言
第一章 绪论
    1.1 钠离子电池概述
        1.1.1 钠离子电池的研究背景
        1.1.2 钠离子电池的工作原理
    1.2 钠离子电池负极材料
        1.2.1 碳材料
        1.2.2 钛基材料
        1.2.3 合金材料
        1.2.4 硫属基材料
    1.3 二硫化钼基负极材料
    1.4 本论文选题的目的意义及内容
第二章 实验材料、仪器及分析测试方法
    2.1 实验试剂和仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
        2.1.3 材料表征仪器
    2.2 钠离子电池的组装与测试
2@NCMT复合材料及其电化学性能研究'>第三章 水热合成法制备MoS₂@NCMT复合材料及其电化学性能研究
    3.1 研究背景
    3.2 样品的制备
    3.3 实验结果与讨论
2@NCMT复合材料的制备机理'>        3.3.1 MoS₂@NCMT复合材料的制备机理
2@NCMT复合材料的相关表征'>        3.3.2 MoS₂@NCMT复合材料的相关表征
        3.3.3 电化学性能分析
    3.4 本章小结
2@NGMT多级微管结构的制备及其电化学性能研究'>第四章 MoS₂@NGMT多级微管结构的制备及其电化学性能研究
    4.1 研究背景
    4.2 样品的制备
    4.3 实验结果与讨论
2@NGMT复合材料的制备机理'>        4.3.1 MoS₂@NGMT复合材料的制备机理
2@NGMT复合材料的相关表征'>        4.3.2 MoS₂@NGMT复合材料的相关表征
        4.3.3 电化学性能分析
    4.4 本章小结
2/RGO@C复合材料及其电化学性能研究'>第五章 液相剥离-还原法制备Ex-MoS₂/RGO@C复合材料及其电化学性能研究
    5.1 研究背景
    5.2 样品的制备
    5.3 实验结果与讨论
2/RGO@C复合材料的制备机理'>        5.3.1 Ex-MoS₂/RGO@C复合材料的制备机理
2/RGO@C复合材料的相关表征'>        5.3.2 Ex-MoS₂/RGO@C复合材料的相关表征
        5.3.3 电化学性能分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢

【参考文献】

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1 张宁;刘永畅;陈程成;陶占良;陈军;;钠离子电池电极材料研究进展[J];无机化学学报;2015年09期

2 匡达;胡文彬;;石墨烯复合材料的研究进展[J];无机材料学报;2013年03期

3 杨勇辉;孙红娟;彭同江;;石墨烯的氧化还原法制备及结构表征[J];无机化学学报;2010年11期

4 张文钲;姚殳;;二硫化钼制备与应用研究进展[J];润滑油;2006年04期

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6 吴振军,陈宗璋,汤宏伟,李素芳;钠离子电池研究进展[J];电池;2002年01期

本文编号：2858330