鉬氧-硫化物的制備、表征及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、環(huán)境污染造成的霧霾、溫室效應(yīng)，以及日益加劇的能源短缺等，是二十一世紀(jì)迫在眉睫需要解決的問題?？紤]到能源危機(jī)對當(dāng)今全球各國的重要性，許多研究者們都在致力于開發(fā)新材料或新設(shè)備，便攜式設(shè)備和電網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域大力增強(qiáng)了清潔能源的利用率。其中，電化學(xué)儲能被認(rèn)為是能夠提供和支持清潔能源的一種有效的解決方案之一?？沙潆婁囯x子電池是目前研究者們最感興趣的一種電化學(xué)儲能元件，它能為便攜式設(shè)備和大型電網(wǎng)提供一個相對干凈清潔的存儲環(huán)境。因此，鋰離子電池被認(rèn)為是

2、現(xiàn)階段能夠滿足能源、電力、穩(wěn)定性、安全性等要求并能提供可靠的解決途徑之一。目前大部分鋰離子電池電極材料都遭遇穩(wěn)定性差，安全性弱，高倍率下容量衰減快等缺點(diǎn)，限制了其用于下一代鋰離子電池的發(fā)展。為了解決上述問題，一種新型的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低維層狀結(jié)構(gòu)吸引了許多研究者們的關(guān)注，其中過渡金屬鉬氧化物、鉬硫化物因?yàn)槠渚哂歇?dú)特的層狀結(jié)構(gòu)可以為嵌鋰提供良好的通道，從而改善儲鋰性能。但是，傳統(tǒng)鉬氧化物、鉬硫化物的電導(dǎo)率較低，影響了鋰離子的快速擴(kuò)散，致使倍率性

3、能和循環(huán)穩(wěn)定性較差。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，碳材料（例如無定形碳，石墨烯，碳纖維等）可以有效地改善電極材料的導(dǎo)電性，與鉬氧、硫化物形成復(fù)合物，能夠提高材料的電化學(xué)性能。因此，本論文主要圍繞研制鉬氧、硫化物和不同碳材料形成的復(fù)合物，在材料制備、微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控、電極設(shè)計(jì)和儲鋰機(jī)理等方面展開了一系列的研究。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.水熱法合成了還原氧化石墨烯負(fù)載MoO2納米顆粒的一種特殊三維結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，MoO2納米顆粒的直徑約5-15nm，

4、雜亂的分布在還原氧化石墨烯表面。還原氧化石墨烯作為MoO2納米顆粒的基底構(gòu)建了一種良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增加了電極材料的導(dǎo)電性。MoO2-RGO復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能，由于還原氧化石墨烯能夠?yàn)殇囯x子和電子傳輸提供了快速的通道，并且抑制了MoO2納米顆粒的團(tuán)聚和過度生長，維護(hù)了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在100mA g-1時(shí)，首次循環(huán)放電比容量是817.6mAh g-1，經(jīng)過30次循環(huán)后，容量保持在523.7mAh g-1，比純MoO2納米顆粒的

5、容量大幅提高，證實(shí)了還原氧化石墨烯能夠有效改善MoO2納米顆粒的儲鋰性能。
　　2.以葡萄糖為碳源，在水熱環(huán)境下制備了碳修飾MoS2納米花復(fù)合材料，經(jīng)過熱處理后得到的納米花由MoS2納米片和薄碳層組成。納米片的平均厚度為5-10nm，薄碳層厚度約0.86nm。其中，納米片的層間距增大至0.63nm，為鋰離子的嵌入提供了更加充足的空間，使得鋰離子的擴(kuò)散更加容易。合理含量的碳包覆對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能都有著至關(guān)重要的作用，碳包覆不僅改

6、善了材料的導(dǎo)電性，而且保持了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抑制了充放電循環(huán)過程中引起的體積膨脹，防止MoS2納米片堆積，因此，C@MoS2(2:1)復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.1A g-1時(shí)，放電比容量高達(dá)1419mAh g-1，50次循環(huán)后，保持率為首次容量的80％。電流密度上升到10A g-1時(shí)，容量為672mAh g-1，其庫倫效率接近100%。
　　3.利用靜電紡絲工藝成功合成了MoS2納米顆粒嵌入到多孔碳纖維中，不同熱處理

7、溫度，可以控制MoS2納米顆粒的結(jié)晶度。MoS2納米顆粒大小約為7nm，并且層間距也隨之?dāng)U大至0.66 nm，有利于鋰離子在層間的脫嵌。碳纖維的比表面積為135.9m2 g-1，明顯高于文獻(xiàn)報(bào)道的值，這為電極和電解液提供了更多的接觸面積，促進(jìn)了更多鋰離子的傳輸，多孔性有利于界面儲鋰，為復(fù)合材料的儲鋰容量做出了一定的貢獻(xiàn)。MoS2@C納米纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，在100mA g-1時(shí)，165次循環(huán)后比容量保持在995mAh

8、g-1，容量損失率僅為首次的2.3%。在1A g-1時(shí)，經(jīng)過200次循環(huán)后容量為460mAh g-1，容量保持率為首次的87%。
　　4.為了改善 MoS2在高倍率下儲鋰性能，利用靜電紡絲方法合成了MoS2納米顆粒、還原氧化石墨烯和無定形碳組成的納米纖維。石墨烯修飾的納米纖維提供了高比表面積、良好的機(jī)械穩(wěn)定性和高電導(dǎo)率，同時(shí)還保障了鋰離子的快速擴(kuò)散，其容量高于MoS2的理論容量，這可能是由于石墨烯的表面存在未完全還原的氧官能團(tuán)，導(dǎo)