鉬基復(fù)合物納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其儲(chǔ)鋰-鈉性能研究.pdf

1、二十一世紀(jì)，越來(lái)越多的環(huán)境問(wèn)題，如：全球變暖、資源短缺和環(huán)境污染等，使人類(lèi)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，人們必須通過(guò)減少對(duì)化石燃料的依賴(lài)，同時(shí)優(yōu)選可再生、可持續(xù)資源(如：太陽(yáng)能、風(fēng)能等)以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。這些間歇性可再生資源產(chǎn)生的能源需要有效的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)(energy storage systems，ESSs)，而在可持續(xù)性清潔能源存儲(chǔ)系統(tǒng)中，電能能源存儲(chǔ)系統(tǒng)是最可行、環(huán)境友好和可持續(xù)的。電能能源存儲(chǔ)系統(tǒng)包括可充式二次電池、超級(jí)電容器等，已被廣

2、泛的應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)和智能電網(wǎng)中。鋰離子電池作為可充式二次電池的一種，具有能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電小等優(yōu)點(diǎn)，已成為便攜式電器(如：筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等)中使用最廣泛的電源能源之一。且通過(guò)大規(guī)模發(fā)展，鋰離子電池更是電動(dòng)汽車(chē)(EVs)、混合動(dòng)力汽車(chē)(HEVs)和綠色電網(wǎng)儲(chǔ)能的備選之一。隨著電力運(yùn)輸和大規(guī)模ESSs的快速發(fā)展，將需要大量的電池材料，以建立大容量的智能電網(wǎng)。鋰資源存在資源不豐富和分布不均勻的問(wèn)題，隨著

3、人們?cè)絹?lái)越多的使用 LIB使得鋰資源的價(jià)格急劇上漲，這對(duì)其大規(guī)模發(fā)展起到了限制作用。鈉的地殼資源非常豐富，而且價(jià)格低廉，這在對(duì)可再生資源大量需要的時(shí)代是一種優(yōu)勢(shì)。由于鋰和鈉之間的電化學(xué)相似性，對(duì)LIB的先進(jìn)研究為發(fā)展鈉離子電池鋪平了道路。然而，由于Na?半徑比Li?半徑大～50％，所以鈉離子嵌入和存儲(chǔ)機(jī)制也是具有科學(xué)挑戰(zhàn)性的。開(kāi)發(fā)和探索合適的宿主材料可以容納Na?及促進(jìn)鈉離子可逆嵌入/脫出是迫切需要解決的問(wèn)題。
　　我們通過(guò)溶膠凝

4、膠法制備了六方晶相的磷化鉬材料并報(bào)道了其電化學(xué)性能。此合成方法相對(duì)安全簡(jiǎn)單，所合成的電極材料的在100 mAh g?1的電流密度下首次放電容量為664.8 mAh g-1，經(jīng)過(guò)30周循環(huán)后，放電容量為423 mAh g?1。在0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.2，1.6和3 A g-1的電流密度下分別得到了603.8，536，453.7，368.9，320.6，264.2，223.2和157 mAh g?1的比容量，當(dāng)電流調(diào)

5、回0.1 A g?1時(shí)，仍然有391.2 mAh g?1的比容量。
　　我們采用單針頭的靜電紡絲方法制備了 CNFs、CNFs/CNTs、MoO2/CNFs/CNTs納米纖維，通過(guò)對(duì)其電性能的比較可知 MoO2/CNFs/CNTs的納米纖維無(wú)論是低電流密度下的循環(huán)電性能還是在不同電流密度下的倍率性能都是最優(yōu)的。這主要是因?yàn)镸oO2/CNFs/CNTs納米纖維具有特殊的結(jié)構(gòu)：CNTs嵌于碳納米纖維內(nèi)部且MoO2納米顆粒被無(wú)定形碳包覆

6、，形成了特殊的、連續(xù)的1DMoO2/CNFs/CNTs納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有助于提高其電子和離子的傳輸能力；碳包覆和CNTs空心管很好的緩沖了MoO2在嵌入/脫出反應(yīng)過(guò)程中顆粒粉化和體積膨脹引起的容量衰減。
　　我們依然采用靜電紡絲技術(shù)與合理的熱處理相結(jié)合成功制得三種不同碳含量的0.8MoS2-CNFs，1.2MoS2-CNFs，1.6MoS2-CNFs復(fù)合材料。通過(guò)這種方法所得的MoS2-CNFs納米纖維材料其纖維內(nèi)部是由單層和/

7、或幾層MoS2嵌在無(wú)定形碳纖維的表面和/或內(nèi)部。其中1.6MoS2-CNFs納米纖維材料中MoS2的含量最高，也是三種材料中電性能最為優(yōu)異的，在0.1，0.2，0.5，1，2，和3 A g?1的電流密度下充電容量分別是911.3，804.7，733.8，686.7，616和577.3 mAh g?1。在不同電流密度下放充電后，再將電流密度恢復(fù)到0.1 A g?1時(shí)，比容量仍然高達(dá)897.7 mAh g?1。
　　通過(guò)靜電紡絲技術(shù)及

8、其后熱處理得到了柔性MoS2/C納米纖維薄膜材料。所制備的柔性MoS2/C納米纖維薄膜材料具有連續(xù)的納米纖維網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了Na?和電子的傳輸，是一種良好的免粘結(jié)劑的鈉離子電池電極材料，展示出良好的倍率性能（283.3，246.5和186.3 mA g?1分別為在電流密度為0.5，1和2 A g?1下的比容量），和優(yōu)異的循環(huán)性能（0.1 A g-1的電流密度下，首次充電比容量為381.7 mAh g?1，經(jīng)過(guò)600個(gè)放充循環(huán)后其比容