二硫化鉬用作鋰離子電池負極材料的結構設計和性能研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，便攜式電子產品和可穿戴的電子設備在現(xiàn)代社會中得到了廣泛的應用。在這些電子產品的組成部分中，能量儲存系統(tǒng)，尤其是電池系統(tǒng)，越來越成為制約設備進一步輕便化、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)增長使促使交通工具數(shù)量需求快速增長。傳統(tǒng)交通的工具使用化石燃料作為能源，這將導致巨大的環(huán)境問題和能源的不可持續(xù)發(fā)展。解決這些問題的關鍵在于開發(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、長久的使用

2、壽命和環(huán)境友好等特點。顯然，已經開發(fā)并商業(yè)化的鋰離子電池成為儲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備的使用要求，因此還有很大的改進提高空間。
　　研究和開發(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、長久使用壽命的電極材料已成為鋰離子電池領域研究開發(fā)的主要課題。當前使用最廣泛的鋰離子電池負極材料依然是石墨。雖然石墨的價格

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備的需求，開發(fā)新一代鋰離子電池負極材料已迫在眉睫。
　　本論文著眼于具有類似與石墨片層狀結構的過渡金屬硫化物—二硫化鉬。二硫化鉬具有遠高于石墨的比容量，但是由于二硫化鉬導電性很差和嵌鋰脫鋰過程中很大的體積變化導致其電化學性能很差。本論文重點研究了不同碳包覆的二硫化鉬電極材料的結構和電化學性能，以及結構和電化學性能之間的關系。通過將二硫化鉬制

4、備成具有少數(shù)幾個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合碳材料的導電網(wǎng)絡骨架中來改善二硫化鉬電極材料的電化學性能。
　　在本論文第一章的緒論部分，作者簡要的回顧了電池，特別是鋰離子電池的發(fā)展歷史、結構和基本原理以及特性和應用。接下來介紹了鋰離子電池的負極材料及當前鋰離子電池負極材料中存在的問題和解決辦法。在緒論的最后，作者對本論文的選題背景和研究內容進行了簡單的介紹。
　　在本文的第二章中作者介紹了合成高

5、性能二硫化鉬復合電極材料過程中使用的試劑、儀器設備以及對所制備的電極材料進行表征的設備和方法。
　　第三章介紹了一種通過簡便的水熱法，即可成功制備出一種花朵狀的二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管納米復合材料的方法。這種納米復合材料可以應用于鋰離子電池的負極材料并且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。通過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大（復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合材

6、料中，形成三維的快速導電網(wǎng)絡不僅能夠提高二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管納米復合電極材料的電導率，還能夠隔離二硫化鉬納米花以限制二硫化鉬的團聚。這種三維納米復合材料表現(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，容量保持在300 mA h/g）和超長的大電流循環(huán)性能（在5A/g的電流密度下充放電循環(huán)時，經過1000次充放電循環(huán)以后，容量依然能保持在728 mAh/g)。這種結構能夠有效地解決二硫化鉬電極材料的自身缺陷，對