鉬基納米材料的制備及其儲(chǔ)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(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。然而，鉬基金屬化合物在應(yīng)用為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)存在導(dǎo)電性能差、體積膨脹等問(wèn)題。納米化法是改善鉬基金屬化合物電化學(xué)性質(zhì)的常用方法。本論文采用簡(jiǎn)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(fù)極材料的電化學(xué)性質(zhì)。主要工作內(nèi)容如下:
　　1、設(shè)計(jì)合成了碳復(fù)合的二硫化

2、鉬納米管結(jié)構(gòu)。以三氧化鉬納米線(xiàn)為前驅(qū)體，采用水熱法一步合成了中空的一維碳復(fù)合二硫化鉬納米管結(jié)構(gòu)。基于柯肯達(dá)爾效應(yīng)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(fù)合二硫化鉬納米管材料應(yīng)用為鋰離子負(fù)極材料時(shí)，于100mA/g倍率條件下，第一圈放電比容量可達(dá)到1326.9mAh/g，此時(shí)的庫(kù)倫效率為92％。于500mA/g工作電流密度下進(jìn)行充放電300個(gè)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(dá)到850mAh/g。碳復(fù)合二硫化鉬納米管材料所呈現(xiàn)的優(yōu)異儲(chǔ)鋰性能主要?dú)w因于同步復(fù)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(dǎo)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(guò)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(jìn)入，縮短了鋰離子傳輸路徑。
　　2、設(shè)計(jì)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(jìn)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(gè)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(gè)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(dá)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(chǔ)鋰性能的重要原因。
　　3、設(shè)計(jì)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?cè)O(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(jìn)行脫嵌機(jī)制的鋰離子插入/脫出，不存在轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)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(kù)倫效率和電池安全性。該材料具有優(yōu)異的儲(chǔ)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