二硫化钼（MoS_2）基复合纳米材料的制备及其电化学储锂性能研究

发布时间：2017-05-14 12:05

  本文关键词：二硫化钼（MoS_2）基复合纳米材料的制备及其电化学储锂性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：发展和应用电动汽车可有效缓解能源危机和环境污染。锂离子电池因其能量密度高,使用寿命长,对环境无污染等众多优点而被认为是当今社会最有可能满足电动汽车和混合电动汽车需求的高性能电池。然而,当今商业化电池的负极材料石墨理论比容量较低,为372 m A h g-1,限制了锂离子电池在电动汽车上的进一步应用。因而,众多科研者致力于开发新型高容量负极材料。在众多替代材料中,二硫化钼(Mo S2)因具有大的理论比容量(~670 m A h g-1)而受到广泛关注。Mo S2具有典型的层状结构,层间通过微弱的范德华力相连,与石墨类似,层间距为0.615 nm,远大于石墨的0.335 nm。鉴于这些特性,Mo S2易被锂离子嵌入,可作为一种优异的锂离子电池负极材料。然而在实际应用中,Mo S2的电化学性能却不尽人意,这主要由其半导体特性以及大的体积膨胀造成的。针对这些问题,我们做了一些工作。在第一个工作中,我们通过一种简单的水热法合成出三维层级Mo S2/PANI微米花,并用SEM,TEM,XRD,XPS和FT-IR等手段探究了其形貌和晶体结构,该复合物的优异电化学性能也得以证实。此外,我们通过对Mo S2/PANI微米花在N2气氛、500℃条件下热处理4 h,即可进一步获得Mo S2/C微米花。Mo S2/C复合物表现出更为优异的电化学性能,在电流密度100 m A g-1下,可逆容量可达到888.1 m A h g-1,且其库伦效率一直保持在90%以上,而即使在大电流密度1000 m A g-1,该样品的可逆容量仍可保持在511 m A h g-1。二维纳米片具有更短、更多的锂离子扩散通道以及更强的动力学行为,更适合用于锂离子电池负极材料。因此在接下来工作中,我们以二硫化钼纳米片和氧化石墨为初始材料制备出三维多孔二硫化钼/氮掺杂石墨烯气凝胶。在水热过程中,氧化石墨烯会被二甲基甲酰胺(DMF)溶液还原并伴随氮掺杂反应发生,同时氮掺杂石墨烯和二硫化钼纳米片通过π-π堆叠作用共组装为三维结构。该复合物具有大的比表面积、多孔结构和良好电子电导率,这些特性结合氮掺杂石墨烯引入的众多缺位以及二硫化钼纳米片与氮掺杂石墨烯的协同作用共同造就出二硫化钼/氮掺杂石墨烯气凝胶(质量比为3:1)优异的电化学性能,在100 m A g-1可逆容量可达到1053 m A h g-1,大电流密度1000 m A g-1下可逆容量保持在592 m A h g-1。
【关键词】：二硫化钼 导电材料 微米花 气凝胶 负极材料 锂离子电池
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 课题背景及研究意义10-42
• 1.1 前言10
• 1.2 锂离子电池概述10-21
• 1.2.1 锂离子电池发展简介10-11
• 1.2.2 锂离子电池工作原理11-12
• 1.2.3 锂离子电池特点12
• 1.2.4 锂离子电池的结构组成12-13
• 1.2.5 锂离子电池正极材料13-17
• 1.2.5.1 层状Li MO_2 (M=Co，Ni) 材料14-15
• 1.2.5.2 尖晶石Li Mn_2O_4材料15-16
• 1.2.5.3 橄榄石Li Fe PO_4材料16
• 1.2.5.4 以Li Mn_(1/3)Co_(1/3)Ni_(1/3)O_2为代表的三元材料16-17
• 1.2.6 锂离子电池负极材料17-20
• 1.2.6.1 碳材料17
• 1.2.6.2 硅基材料17-18
• 1.2.6.3 锡基材料18
• 1.2.6.4 锗基材料18-19
• 1.2.6.5 过渡金属氧化物材料19-20
• 1.2.6.6 其他负极材料20
• 1.2.7 锂离子电池电解液20-21
• 1.2.8 锂离子电池隔膜21
• 1.3 过渡金属二硫化钼概述21-40
• 1.3.1 二硫化钼（Mo S_2）的结构22-23
• 1.3.2 二维（2D）过渡金属二硫化钼的制备方法23-28
• 1.3.2.1 机械剥离法23
• 1.3.2.2 剥离法23-25
• 1.3.2.3 电化学嵌锂再剥离法25-26
• 1.3.2.4 研（球）磨再超声法26-27
• 1.3.2.5 化学气相沉积法27
• 1.3.2.6 热分解法27-28
• 1.3.2.7 水热法28
• 1.3.3 二硫化钼在锂离子电池上的应用28-40
• 1.3.3.1 制备特殊形貌纳米材料29-36
• 1.3.3.2 复合化36-40
• 1.4 课题研究内容40-42
• 第二章 三维层级Mo S_2/PANI和Mo S_2/C结构的制备及其在锂离子电池上的应用42-57
• 2.1 引言42-43
• 2.2 实验试剂及仪器43-44
• 2.3 实验过程44-45
• 2.4 结果与讨论45-56
• 2.4.1 三维层级结构的制备及表征45-51
• 2.4.2 电化学性能测试51-56
• 2.5 本章小结56-57
• 第三章 共组装法制备 3D多孔二硫化钼/氮掺杂石墨烯气凝胶及其电化学性能研究57-70
• 3.1 引言57-58
• 3.2 实验试剂及仪器58-59
• 3.3 实验过程59-60
• 3.4 结果与讨论60-69
• 3.4.1 样品的制备与表征60-66
• 3.4.2 不同比重Mo S_2电化学性能66-69
• 3.5 小结69-70
• 第四章 结论与展望70-72
• 参考文献72-82
• 致谢82-83
• 个人简历及硕士期间发表论文与科研成果83

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