二硫化鉬用作鋰離子電池負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品和可穿戴的電子設(shè)備在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這些電子產(chǎn)品的組成部分中，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，尤其是電池系統(tǒng)，越來(lái)越成為制約設(shè)備進(jìn)一步輕便化、小型化和持久續(xù)航的重要因素。另外，人口數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)使促使交通工具數(shù)量需求快速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)交通的工具使用化石燃料作為能源，這將導(dǎo)致巨大的環(huán)境問(wèn)題和能源的不可持續(xù)發(fā)展。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于開(kāi)發(fā)出高性能的電池。這些高性能的電池需要具有高的比能量密度、比功率密度、長(zhǎng)久的使用

2、壽命和環(huán)境友好等特點(diǎn)。顯然，已經(jīng)開(kāi)發(fā)并商業(yè)化的鋰離子電池成為儲(chǔ)能電源理想的第一選擇。但是傳統(tǒng)商用的鋰離子電池在能量密度和功率密度方面不是很高，并不能完全滿足一些電氣設(shè)備的使用要求，因此還有很大的改進(jìn)提高空間。
　　研究和開(kāi)發(fā)新的電極材料是一條提高鋰離子電池性能的重要途徑。尋找新型具有高的比能量密度、比功率密度、長(zhǎng)久使用壽命的電極材料已成為鋰離子電池領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的主要課題。當(dāng)前使用最廣泛的鋰離子電池負(fù)極材料依然是石墨。雖然石墨的價(jià)格

3、低廉性能優(yōu)秀，但是石墨的理論比容量很低，僅有372 mAh/g。因此石墨很難滿足新一代電氣設(shè)備的需求，開(kāi)發(fā)新一代鋰離子電池負(fù)極材料已迫在眉睫。
　　本論文著眼于具有類似與石墨片層狀結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬硫化物—二硫化鉬。二硫化鉬具有遠(yuǎn)高于石墨的比容量，但是由于二硫化鉬導(dǎo)電性很差和嵌鋰脫鋰過(guò)程中很大的體積變化導(dǎo)致其電化學(xué)性能很差。本論文重點(diǎn)研究了不同碳包覆的二硫化鉬電極材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，以及結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的關(guān)系。通過(guò)將二硫化鉬制

4、備成具有少數(shù)幾個(gè)片層的納米花瓣以限制二硫化鉬的尺寸，并將這種納米花瓣嵌入復(fù)合碳材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)骨架中來(lái)改善二硫化鉬電極材料的電化學(xué)性能。
　　在本論文第一章的緒論部分，作者簡(jiǎn)要的回顧了電池，特別是鋰離子電池的發(fā)展歷史、結(jié)構(gòu)和基本原理以及特性和應(yīng)用。接下來(lái)介紹了鋰離子電池的負(fù)極材料及當(dāng)前鋰離子電池負(fù)極材料中存在的問(wèn)題和解決辦法。在緒論的最后，作者對(duì)本論文的選題背景和研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。
　　在本文的第二章中作者介紹了合成高

5、性能二硫化鉬復(fù)合電極材料過(guò)程中使用的試劑、儀器設(shè)備以及對(duì)所制備的電極材料進(jìn)行表征的設(shè)備和方法。
　　第三章介紹了一種通過(guò)簡(jiǎn)便的水熱法，即可成功制備出一種花朵狀的二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管納米復(fù)合材料的方法。這種納米復(fù)合材料可以應(yīng)用于鋰離子電池的負(fù)極材料并且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。通過(guò)引入納米片層的石墨烯和碳納米管骨架可以有效的限制二硫化鉬納米花的長(zhǎng)大（復(fù)合材料中二硫化鉬的片層厚度僅有5～10 nm）。碳納米管緊密嵌入復(fù)合材

6、料中，形成三維的快速導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不僅能夠提高二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管納米復(fù)合電極材料的電導(dǎo)率，還能夠隔離二硫化鉬納米花以限制二硫化鉬的團(tuán)聚。這種三維納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率性能（在20 A/g的電流密度下充放電循環(huán)時(shí)，容量保持在300 mA h/g）和超長(zhǎng)的大電流循環(huán)性能（在5A/g的電流密度下充放電循環(huán)時(shí)，經(jīng)過(guò)1000次充放電循環(huán)以后，容量依然能保持在728 mAh/g)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地解決二硫化鉬電極材料的自身缺陷，對(duì)