鉬基納米材料的制備及其儲鋰-鈉性能研究.pdf

1、鉬基金屬硫化物及氧化物由于其具有較高的理論比容量，被認為是極具應用潛力的鋰離子電池負極材料。然而，鉬基金屬化合物在應用為鋰離子電池負極材料時存在導電性能差、體積膨脹等問題。納米化法是改善鉬基金屬化合物電化學性質(zhì)的常用方法。本論文采用簡單的水熱法制備了二硫化鉬納米管、二硫化鉬納米花、二氧化鉬納米粒子等一系列納米結(jié)構(gòu)的鉬基化合物，并研究了其作為鋰離子和鈉離子電池負極材料的電化學性質(zhì)。主要工作內(nèi)容如下:
　　1、設(shè)計合成了碳復合的二硫化

2、鉬納米管結(jié)構(gòu)。以三氧化鉬納米線為前驅(qū)體，采用水熱法一步合成了中空的一維碳復合二硫化鉬納米管結(jié)構(gòu)。基于柯肯達爾效應法形成的這一產(chǎn)物是由二硫化鉬納米薄片堆積成的中空管狀結(jié)構(gòu)。碳復合二硫化鉬納米管材料應用為鋰離子負極材料時，于100mA/g倍率條件下，第一圈放電比容量可達到1326.9mAh/g，此時的庫倫效率為92％。于500mA/g工作電流密度下進行充放電300個循環(huán)后，放電比容量仍有1058mAh/g。而且在5A/g大倍率下充放電，材料

3、的比容量可達到850mAh/g。碳復合二硫化鉬納米管材料所呈現(xiàn)的優(yōu)異儲鋰性能主要歸因于同步復合的碳材料以及穩(wěn)定的一維中空式納米管狀結(jié)構(gòu)，碳材料能夠有效地提高材料本體的導電性能并能在一定程度上減少固體電解質(zhì)界面(SEI)膜的產(chǎn)生，一維中空納米管結(jié)構(gòu)可以緩解充放電過程中的體積膨脹，而且納米管的比表面積較大，有利于Li+的脫離與進入，縮短了鋰離子傳輸路徑。
　　2、設(shè)計合成了均勻分散的二硫化鉬納米花結(jié)構(gòu)。以聚乙烯吡咯烷酮作表面活性劑，采

4、用水熱合成法并進行高溫煅燒處理，制得了分散均勻、大小均一的三維二硫化鉬納米花材料。每個二硫化鉬納米花是由二硫化鉬薄片堆積而成。該材料在100mA/g工作電流密度下，深度充放電100個循環(huán)后，比容量仍有890mAh/g;在5A/g大倍率條件下，材料的比容量可達到655mAh/g。該結(jié)構(gòu)可以縮短Li+傳輸路徑，加快Li+的嵌入及脫離，另一方面可以緩解Li+不斷嵌入及脫離引起的體積膨脹，這是它具有優(yōu)異儲鋰性能的重要原因。
　　3、設(shè)計合

5、成二氧化鉬納米粒子結(jié)構(gòu)。采用水熱法制備了均勻的二氧化鉬納米粒子。我們設(shè)定二氧化鉬納米粒子的工作電壓窗口在1.0V到2.5V之間，在此工作電壓范圍內(nèi)，二氧化鉬進行脫嵌機制的鋰離子插入/脫出，不存在轉(zhuǎn)化反應機制可以大大提升材料的循環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且工作電壓在1.0V以上可避免SEI膜的形成以及鋰枝晶的產(chǎn)生，提升庫倫效率和電池安全性。該材料具有優(yōu)異的儲鋰性質(zhì)，在22mA/g工作倍率下放出226mAh/g的比容量，在110mA/g大工作倍率下，充