鋰離子電池三維MoS2@Fe3O4雜化負極的自組裝及其性能研究.pdf

1、作為便攜式電子設(shè)備主要的能量儲存器，鋰離子電池越來越受到人們的關(guān)注。由于其實際應(yīng)用主要依賴電極材料的循環(huán)性能和倍率性能，如何提高這兩方面的性能成為了化學(xué)和材料科學(xué)的重要課題。MoS2是一種層狀無機石墨烯類似物，具有高的理論儲鋰容量(670mAh·g-1)，Li+可以在層間容易地嵌入和脫出，成為下一代高功率鋰離子電池負極材料的良好替代者。本文針對MoS2納米片易堆棧、團聚和循環(huán)過程中體積變化大的缺陷，設(shè)計并構(gòu)筑了一種三維MoS2納米管@F

2、e3O4納米粒子雜化結(jié)構(gòu)，通過突出的協(xié)同效應(yīng)，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)儲鋰性能。
　　本文采用溶劑熱方法合成了中空結(jié)構(gòu)的MoS2管，通過對乙醇含量以及反應(yīng)溫度等關(guān)鍵參數(shù)的研究，確定了合成的MoS2管的最佳工藝，并提出了MoS2管的形成機理：溫度的升高和乙醇含量的增加共同降低了形成于MoS2片層間的中間體的穩(wěn)定性，使得MoS2由邊緣至中間的層間作用力逐漸減弱，片層發(fā)生卷曲，直至形成管狀結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試表明，在電流密度為100 mA·g-

3、1下50次循環(huán)后，有721 mAh·g-1的可逆容量。良好的電化學(xué)性能歸因于中空的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了更多的自由體積，緩解了充放電過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，縮短了Li+的擴散路徑，同時巨大的比表面積增加了電極/電解液接觸面積，提供了更多的儲鋰位點。然而MoS2管在長期循環(huán)過程中仍然因為團聚現(xiàn)象導(dǎo)致鋰離子的嵌入和脫出受到了阻礙，放電容量出現(xiàn)衰減?；诖?，我們期望通過引入次相阻隔劑Fe3O4來抑制MoS2管的團聚。因此我們設(shè)計了一種三維MoS2納米管

4、@Fe3O4納米粒子雜化結(jié)構(gòu)，通過對漢森溶解度參數(shù)的研究，確定了一種自組裝溶劑(THF)，借助范德華力，將Fe3O4納米粒子均勻并致密地自組裝在MoS2納米管表面，通過突出的協(xié)同效應(yīng)，表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)儲鋰性能。通過TEM、XRD、XPS等表征手段，證明了組裝過程中并沒有改變二者的本體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。電化學(xué)測試表明，在電流密度為100 mA·g-1下循環(huán)100次后，容量為1113 mAh·g-1，當(dāng)電流密度增加到2000 mA·g-1時，

5、仍有800 mAh·g-1的可逆容量，表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能和倍率性能。這種超高的電化學(xué)性能歸結(jié)于以下幾個方面：在復(fù)合材料中，MoS2管本身具有超高的比表面積和獨特的孔道結(jié)構(gòu)，有利于Li+的儲存和運輸，并在充放電過程中有效抑制了Fe3O4納米粒子之間的團聚，緩解了充放電過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力；Fe3O4起到了機械隔離的作用，防止了充放電過程中MoS2管之間的團聚，二者在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生協(xié)同作用；與碳材料和貴金屬相比，F(xiàn)e3O4具有相當(dāng)高的理論比