二硫化鉬、三氧化鉬基復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來電動(dòng)汽車和可移動(dòng)電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展極大地刺激了人們對(duì)于性能優(yōu)異的鋰離子電池的需求。人們正在積極地為鋰離子電池研究和尋找更高性能的電極材料。過渡金屬硫化物（TMS）由于其特殊的合金化或轉(zhuǎn)化反應(yīng)的儲(chǔ)鋰機(jī)制近年來吸引了越來越多的關(guān)注，相比于傳統(tǒng)的碳負(fù)極材料， TMS對(duì)實(shí)現(xiàn)高比容量更為有優(yōu)勢(shì)。其中，二硫化鉬（MoS2），作為一種典型二維層狀結(jié)構(gòu)的TMS，由于其可以在一個(gè)相對(duì)較低的電位下儲(chǔ)鋰以及通過轉(zhuǎn)換機(jī)制實(shí)現(xiàn)更高的比容量而引起了更加廣泛的

2、興趣。然而由于本身較差的導(dǎo)電性以及循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性等問題，MoS2作為電極材料的循環(huán)和倍率性能并不能令人滿意。同樣作為一種過渡金屬化合物，三氧化鉬（MoO3）與 MoS2具有很多的相似之處，例如高的理論比容量，較差的循環(huán)穩(wěn)定性等。針對(duì)這些問題，研究人員發(fā)現(xiàn)，將MoS2和MoO3與導(dǎo)電性能優(yōu)良的材料結(jié)合構(gòu)建特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料可以很有效的改善電極材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以鉬酸鈉為鉬源，氧化石墨烯為

3、基體，采用一步水熱法制備了MoS2/石墨烯復(fù)合材料（MoS2-rGO）。所制備的復(fù)合材料中，MoS2呈花球結(jié)構(gòu)，直徑大約為400 nm，相對(duì)均勻地分散在石墨烯基體上。而片狀結(jié)構(gòu)的石墨烯則相互之間交織構(gòu)成了三維的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。由于這種特殊的復(fù)合結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)電性優(yōu)異的石墨烯的引入，所制備的MoS2-rGO復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，當(dāng)電池充放電100次之后，電池的比容量能夠穩(wěn)定在900 mAh/g左右。⑵以MoO3納米棒為無機(jī)前驅(qū)體，加入硫源

4、，通過水熱法使 MoO3與硫離子發(fā)生離子交換，制備了MoO3@MoS2復(fù)合材料。通過添加不同量的硫脲（1 mM，3 mM，5 mM），制備了一系列的MoO3@MoS2復(fù)合材料。在最佳的硫脲添加量（3mM）時(shí)，所制備的復(fù)合材料（MoO3@MoS2-II）是以一維的MoO3納米棒為核，二維超薄的MoS2納米片為殼，構(gòu)建的具有一維分層體系的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。在MoO3@MoS2-II中，MoS2納米片原位垂直生長(zhǎng)在MoO3納米棒，反應(yīng)產(chǎn)物一維

5、結(jié)構(gòu)的保持取決于反應(yīng)體系溶劑的組成。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，這種由一維和二維材料構(gòu)建的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電流密度為100 mA/g，300 mA/g，500 mA/g，1000 mA/g對(duì)電池進(jìn)行充放電時(shí)，電池分別表現(xiàn)出929 mAh/g，642 mAh/g，510 mAh/g，384 mAh/g的平均放電比容量，更重要的是，在電流密度重新設(shè)置為100 mA/g時(shí)，電池的容量能夠維持在868 mAh/g，說明所制備

6、的MoO3@MoS2具有良好的倍率性能。在電流密度為100 mA/g進(jìn)行充放電時(shí)，經(jīng)過100次充放電循環(huán)之后電極材料的比容量基本保持在781 mAh/g，說明MoO3@MoS2-II擁有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。⑶通過磁力攪拌用氧化石墨烯將MoO3進(jìn)行包裹，制備了MoO3@GO復(fù)合材料。電化學(xué)性能測(cè)試表明，MoO3@GO的儲(chǔ)鋰容量相對(duì)于MoO3有了明顯地提高，首次放電容量達(dá)到1350 mAh/g，經(jīng)過60次循環(huán)之后，容量保持在720 mAh/g

7、，并且從阻抗譜中可以看出，氧化石墨烯的加入使MoO3@GO的導(dǎo)電性大大提高。隨后對(duì)MoO3@GO進(jìn)行了硫化?，F(xiàn)有的測(cè)試結(jié)果表明， MoO3@GO硫化產(chǎn)物（S-MoO3@GO）可能是引入了硫的MoO3@GO復(fù)合材料。MoO3中引入硫之后，可能產(chǎn)生了氧空位，層間距增大，這些有利于電極反應(yīng)過程中電荷的快速運(yùn)動(dòng)以及可以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從充放電測(cè)試結(jié)果可以看出，S-MoO3@GO在循環(huán)過程中除首次循環(huán)外，后續(xù)的容量極為穩(wěn)定，同時(shí)材料也表現(xiàn)出極好