鉬氧-硫化物的制備、表征及其電化學性能研究.pdf

1、環境污染造成的霧霾、溫室效應，以及日益加劇的能源短缺等，是二十一世紀迫在眉睫需要解決的問題?？紤]到能源危機對當今全球各國的重要性，許多研究者們都在致力于開發新材料或新設備，便攜式設備和電網等相關領域大力增強了清潔能源的利用率。其中，電化學儲能被認為是能夠提供和支持清潔能源的一種有效的解決方案之一?？沙潆婁囯x子電池是目前研究者們最感興趣的一種電化學儲能元件，它能為便攜式設備和大型電網提供一個相對干凈清潔的存儲環境。因此，鋰離子電池被認為是

2、現階段能夠滿足能源、電力、穩定性、安全性等要求并能提供可靠的解決途徑之一。目前大部分鋰離子電池電極材料都遭遇穩定性差，安全性弱，高倍率下容量衰減快等缺點，限制了其用于下一代鋰離子電池的發展。為了解決上述問題，一種新型的經濟實用的低維層狀結構吸引了許多研究者們的關注，其中過渡金屬鉬氧化物、鉬硫化物因為其具有獨特的層狀結構可以為嵌鋰提供良好的通道，從而改善儲鋰性能。但是，傳統鉬氧化物、鉬硫化物的電導率較低，影響了鋰離子的快速擴散，致使倍率性

3、能和循環穩定性較差。據文獻報道，碳材料（例如無定形碳，石墨烯，碳纖維等）可以有效地改善電極材料的導電性，與鉬氧、硫化物形成復合物，能夠提高材料的電化學性能。因此，本論文主要圍繞研制鉬氧、硫化物和不同碳材料形成的復合物，在材料制備、微觀結構調控、電極設計和儲鋰機理等方面展開了一系列的研究。本論文的主要內容如下：
　　1.水熱法合成了還原氧化石墨烯負載MoO2納米顆粒的一種特殊三維結構的復合材料，MoO2納米顆粒的直徑約5-15nm，

4、雜亂的分布在還原氧化石墨烯表面。還原氧化石墨烯作為MoO2納米顆粒的基底構建了一種良好的導電網絡，增加了電極材料的導電性。MoO2-RGO復合材料具有良好的電化學性能，由于還原氧化石墨烯能夠為鋰離子和電子傳輸提供了快速的通道，并且抑制了MoO2納米顆粒的團聚和過度生長，維護了材料的結構穩定性。在100mA g-1時，首次循環放電比容量是817.6mAh g-1，經過30次循環后，容量保持在523.7mAh g-1，比純MoO2納米顆粒的

5、容量大幅提高，證實了還原氧化石墨烯能夠有效改善MoO2納米顆粒的儲鋰性能。
　　2.以葡萄糖為碳源，在水熱環境下制備了碳修飾MoS2納米花復合材料，經過熱處理后得到的納米花由MoS2納米片和薄碳層組成。納米片的平均厚度為5-10nm，薄碳層厚度約0.86nm。其中，納米片的層間距增大至0.63nm，為鋰離子的嵌入提供了更加充足的空間，使得鋰離子的擴散更加容易。合理含量的碳包覆對復合材料的結構和性能都有著至關重要的作用，碳包覆不僅改

6、善了材料的導電性，而且保持了材料的結構穩定，抑制了充放電循環過程中引起的體積膨脹，防止MoS2納米片堆積，因此，C@MoS2(2:1)復合材料表現出了優異的電化學性能。在0.1A g-1時，放電比容量高達1419mAh g-1，50次循環后，保持率為首次容量的80％。電流密度上升到10A g-1時，容量為672mAh g-1，其庫倫效率接近100%。
　　3.利用靜電紡絲工藝成功合成了MoS2納米顆粒嵌入到多孔碳纖維中，不同熱處理

7、溫度，可以控制MoS2納米顆粒的結晶度。MoS2納米顆粒大小約為7nm，并且層間距也隨之擴大至0.66 nm，有利于鋰離子在層間的脫嵌。碳纖維的比表面積為135.9m2 g-1，明顯高于文獻報道的值，這為電極和電解液提供了更多的接觸面積，促進了更多鋰離子的傳輸，多孔性有利于界面儲鋰，為復合材料的儲鋰容量做出了一定的貢獻。MoS2@C納米纖維表現出優異的循環穩定性和倍率性能，在100mA g-1時，165次循環后比容量保持在995mAh

8、g-1，容量損失率僅為首次的2.3%。在1A g-1時，經過200次循環后容量為460mAh g-1，容量保持率為首次的87%。
　　4.為了改善 MoS2在高倍率下儲鋰性能，利用靜電紡絲方法合成了MoS2納米顆粒、還原氧化石墨烯和無定形碳組成的納米纖維。石墨烯修飾的納米纖維提供了高比表面積、良好的機械穩定性和高電導率，同時還保障了鋰離子的快速擴散，其容量高于MoS2的理論容量，這可能是由于石墨烯的表面存在未完全還原的氧官能團，導