二維層狀材料MoS2和WS2的制備及其鋰離子電池電極性能研究.pdf

1、能源問題和環(huán)境問題是21世紀人類社會所面臨的重大問題。清潔、可再生電能的開發(fā)和利用已成為全球關注的焦點。從對電能更充分、合理利用的角度，電能儲存與電能開發(fā)具有同等的重要意義，因此，各種二次電池的研究受到極大的關注。鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、自放電小、循環(huán)壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等優(yōu)點，不僅廣泛應用于便攜式電子產(chǎn)品中，也是新能源汽車、人造衛(wèi)星、野戰(zhàn)通訊用移動設備的理想電源。提高鋰離子電池性能的關鍵在于高性能電極材料的開

2、發(fā)，如何設計并制備出高性能的電極材料是當前鋰離子電池研究的熱點。
　　本論文致力于對鋰離子負極材料，主要為具有二維層狀結(jié)構(gòu)的過渡族金屬硫化物的研究。以節(jié)約成本、降低環(huán)境污染、提高鋰電池性能為實驗研究思路，采用不同的方法制備了MoS2、WS2及其與碳材料的復合材料，將其作為鋰離子電池負極材料，研究了這些材料的結(jié)構(gòu)與形貌特征及其與鋰離子電池性能的關系，并做了相應的分析。
　　（1）采用水熱法并結(jié)合熱處理制備出了有不同還原石墨烯（

3、rGO）含量的MoS2/rGO復合材料。對樣品的微結(jié)構(gòu)進行了表征，并分別測試了它們的電化學性能。實驗發(fā)現(xiàn)，MoS2形貌為片層狀，結(jié)構(gòu)為2H相，與薄的rGO片復合在一起。rGO含量較少的MoS2/rGo(1:20)復合材料表現(xiàn)出良好的電化學性能，充放電循環(huán)240次后仍然保持較高的可逆容量1056mA h g-1，并具有良好的倍率性能。
　?。?）以價格低廉的乙炔黑為碳源，水熱合成了有不同成分比例的三維（3D）納米花狀MoS2/乙炔黑

4、復合材料。通過對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌表征表明，在添加了乙炔黑的樣品中，MoS2具有特殊的形貌，3D納米花狀的MoS2與乙炔黑顆粒復合，MoS2納米花是由少量的MoS2納米片組成。乙炔黑含量適中時，3D納米花MoS2/C（5wt％）材料顯示最佳的鋰離子電池性能，循環(huán)50次后，可逆容量達到1000mA h g-1。
　?。?）用射頻磁控濺射方法在納米山脊狀Ni包覆Cu箔的集流體上生長了多孔的WS2薄膜，并直接用作鋰離子電池負極，無需粘結(jié)劑

5、和導電劑。對樣品的表面形貌、結(jié)構(gòu)特征等開展了研究。結(jié)果表明，納米山脊狀Ni支撐的WS2薄膜具有高的可逆容量和優(yōu)越的倍率性能。在100mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后，可逆容量高達1180mA h g-1。在1.6A g-1的大電流密度下，可逆容量仍達到986mA h g-1。
　?。?）采用氧化還原方法使泡沫鎳集流體納米化，在該納米化的集流體上用射頻磁控濺射方法生長了MoS2形成電極。實驗設計更為環(huán)保，整個實驗過程未引入污染

6、環(huán)境的物質(zhì)。通過對所制備樣品進行各種微結(jié)構(gòu)表征，研究了樣品的表面形貌和結(jié)構(gòu)特征。氧化還原后的泡沫鎳表面呈多孔狀，表面濺射生長的MoS2呈絨球狀。將納米化泡沫鎳支撐的絨球狀MoS2電極直接用作鋰離子電池負極，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。在1Ag-1的電流密度下充放電時，電極的可逆放電容量為460mAh g-1。經(jīng)倍率測試后，在100mA g-1的電流密度下循環(huán)100次后，電極的可逆放電容量為1341mAh g-1。在未納米化的泡沫鎳上直接生長