论文部分内容阅读
社会高速发展,能源需求加剧。化石燃料的大量使用,造成能源枯竭与环境污染等诸多问题,开发新能源迫在眉睫。而先进的储能技术是管理未来能源供需的关键。锂离子电池由于能量密度高、稳定和环境友好等优势,正成为未来便携式电子设备和混合动力汽车的主要动力来源之一。二硫化钼(MoS2)的理论储锂容量比石墨高得多(670 mAh g-1),理论上还表现出良好的倍率性能和循环稳定性,具备开发研究的价值。然而它通常在两个相邻的片层之间具有非常有限的电导率,影响了电子/离子的转移,从而导致较大的容量损失。本文通过引入碳基材料,设计具有合理结构的活性材料用以克服二硫化钼导电性差与容量衰减迅速等问题。具体研究内容如下:(1)以碳立方体作为模板,采用水热法在其表面负载片状硫化钼。实验中所使用的碳立方体是通过以三氧化二铁为模板,在三氧化二铁表面包上酚醛树脂,经高温煅烧碳化后,盐酸刻蚀铁的氧化物得到空心碳立方体。所制备材料为空心结构,有利于电解液与活性材料充分接触,缩短了锂离子扩散路径。碳立方体作为导电材料改善了硫化钼导电性差的问题。在100 mAg-1电流密度下,首圈放电比容量高达1391.6 mAh g-1、循环100圈后,电池容量仍维持在824.9 mAh g-1。1 A g-1电流密度下,前二十圈电池容量缓慢下降至484.5 mAh g-1,之后电池容量呈缓慢上升趋势,循环测试500圈后容量高达 719.8 mAh g-1。(2)通过水热法制备甘油酸钼球,然后将二维片状氧化石墨烯与甘油酸钼球在水中混合均匀,通过水热还原聚结成含有丰富孔状结构的三维石墨烯。在此过程甘油酸钼球会被包覆到大孔石墨烯中,再经硫脲硫化形成三维石墨烯包覆球状硫化钼的复合结构(MoS2/3D-rGO)。MoS2/3D-rGO复合材料储锂容量较高,在200 mA g-1电流密度下循环50圈时电池容量为890.8 mAh g-1,当循环至100圈时容量为880.0 mAh g-1。在1.0 A g-1的电流密度下,经过了 500圈的长循环充放电测试电池容量维持在756.0 mAh g-1。所合成材料疏松多孔有利于缓解嵌锂过程活性材料的体积膨胀,且三维石墨烯导电性好,有利于提高材料的倍率性能与循环稳定性。(3)以水、乙醇、油酸作为溶剂,以PVP作为软模板,钼酸钠作为钼源,硫脲作为硫源,自组装形成花瓣状硫化钼微球(petal-shaped MoS2/C),片层结构的硫化钼纳米片表面会吸附油酸,此时把制得的硫化钼加入到Tris溶液中,油酸与多巴胺反应以及多巴胺的自聚,经退火碳化后会在片层结构的硫化钼之间形成碳层,制得花瓣状MoS2/C复合材料,在100 mAg-1电流密度下,电极材料第一圈放电比容量为1497.9 mAh g-1,充电比容量为1201.2 mAh g-1,首圈库伦效率约为80%。在循环100圈之后可逆容量仍然保持在939.8 mAh g-1。此材料是在导电性差的硫化钼片层之间引入碳层,较大的提高了活性材料的倍率性能。