【摘要】：層狀過(guò)渡金屬硫化物(MS2,M=Sn,Mo)具有較高的理論比容量,資源豐富,成本低,近年來(lái)作為鋰離子電池負(fù)極材料受到了研究者們的廣泛關(guān)注。然而,MS2還存在很多問題,限制了它的實(shí)際應(yīng)用。在脫嵌鋰過(guò)程中伴隨較大的體積變化,導(dǎo)致活性顆粒粉化,活性物質(zhì)和集流體失去電接觸并從其表面脫落,容量急劇衰減。MS2較低的本征電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)使材料的倍率性能較差。層狀MS2結(jié)構(gòu)各項(xiàng)異性,離子嵌入存在方向性,因此片層MS2的生長(zhǎng)方向嚴(yán)重影響著電極中離子遷移速度。本論文通過(guò)設(shè)計(jì)MS2和碳基質(zhì)的直接化學(xué)鍵合,提高電極的電導(dǎo)特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;調(diào)控MS2片層生長(zhǎng)取向、添加功能性異質(zhì)結(jié),加速電極中離子傳輸,改善倍率性能。制備了比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能優(yōu)異的MS2/碳負(fù)極材料,并對(duì)其結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,具體研究?jī)?nèi)容如下:具有共格結(jié)構(gòu)的CNTs@MoS2@C材料的制備及電化學(xué)性能研究。采用氣相沉積法,以CNTs作為生長(zhǎng)基體,具有易升華特性的Mo03粉和S粉作為鉬源和硫源,使MoS2原位生長(zhǎng)于CNTs表面,后經(jīng)無(wú)定形碳包覆,制備了碳包覆、共格生長(zhǎng)于CNTs表面的MoS2納米針,形成CNTs@MoS2@C材料。具有共格結(jié)構(gòu)的MoS2/CNT界面處以C-S鍵合,其不僅可有效防止活性MoS2在脫嵌鋰過(guò)程中從CNTs基體剝落,維持電極材料的完整結(jié)構(gòu),并且能夠提供快速電子傳輸通道,加快電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。因此,CNTs@MoS2@C電極表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率特性和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性,在0.1 Ag-1電流密度下循環(huán)100次,依然保持990mAh g-1可逆比容量。在2Ag-1大電流密度下的可逆比容量依然高達(dá)有758 mAh g-1。三維多孔MoS2/N摻雜碳纖維材料的制備及電化學(xué)性能研究。以多孔N摻雜碳纖維為基體,采用化學(xué)氣相沉積法,制備了生長(zhǎng)于多孔碳纖維內(nèi)部的MoS2納米環(huán),MoS2與碳纖維基質(zhì)通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合形成牢固結(jié)構(gòu)。纖維中的大量孔隙可以緩沖MoS2脫嵌鋰過(guò)程中伴隨的體積變化,改善電極循環(huán)穩(wěn)定性;MoS2與碳纖維基質(zhì)界面的化學(xué)鍵合有利于提高電極材料的電子電導(dǎo),改善電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。所制備的MoS2/N-C電極表現(xiàn)出較高比容量、優(yōu)異的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性。在0.1 A 下循環(huán)60次后的可逆比容量為1043 mAh g-1,在2 A g-1大電流密度下的可逆比容量為619 mAh g-1。具有垂直取向關(guān)系的SnS2/rGO材料的制備及電化學(xué)性能研究。采用水熱法制備了 SnS2納米晶垂直生長(zhǎng)于rGO表面的SnS2/rGO材料。SnS2與rGO通過(guò)C-O-Sn鍵合,這種化學(xué)耦合為界面提供了快速的電子傳導(dǎo),并增強(qiáng)了兩組分的相互結(jié)合,防止循環(huán)過(guò)程中SnS2納米片從rGO表面剝落,改善電極材料的結(jié)構(gòu)完整性。所制備的SnS2/rGO電極表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能,1Ag-1電流密度下循環(huán)1000次后的容量保持率依然高達(dá)95%。在2 A g-1大電流密度下的可逆比容量相比于0.1 A g-1電流密度下的可逆比容量的保持率(C2.0/C0.1)為 80%,C10.0/C0.1有66%。擇優(yōu)取向SnS2納米片的可控制備及電化學(xué)性能研究。以PEG為表面活性劑,通過(guò)PEG分子鏈終端含氧官能團(tuán)(-OH)對(duì)金屬離子Sn4+的絡(luò)合作用,調(diào)控SnS2晶體生長(zhǎng)方向,制備了具有(001)和(101)生長(zhǎng)取向的SnS2納米片。相比于沿(001)晶面生長(zhǎng)的SnS2納米片,以(101)晶面裸露生長(zhǎng)的SnS2納米片可以提供較多的電化學(xué)反應(yīng)活性位點(diǎn)以及較短的鋰離子遷移路徑,有利于改善材料的倍率性能。所制備的(101)SnS2@C電極在0.1 A g-1電流密度下循環(huán)100次后的容量保持率為95%,在0.5 A g-1電流密度下循環(huán)300次后的容量保持率為85%。電極的倍率性能優(yōu)異,C2.0/C0.1有83%。具有pn結(jié)特性SnS2-SnS/rGO材料的制備及電化學(xué)性能研究。采用水熱法制備了界面具有pn結(jié)特性的SnS2-SnS/rGO材料。利用SnS2的n型導(dǎo)電特征和SnS的p型導(dǎo)電特征,在SnS2/SnS界面構(gòu)筑pn結(jié),產(chǎn)生由SnS2指向SnS的內(nèi)建電場(chǎng),加速界面處離子傳輸,改善電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。SnS2-SnS/rGO電極表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能,C2.0/C0.1高達(dá)85%,Cio.o/C0.1依然保持有71%。電極的長(zhǎng)期循環(huán)性能穩(wěn)定,在1 A g-1大電流密度下循環(huán)1000次后的容量保持率為94%。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

干燥后制得。逡逑以ＬｉＣ0０２為正極，碳為負(fù)極體系的鋰離子二次電池為例說(shuō)明其工作原逡逑理，如圖２－１所示［１２］。電極反應(yīng)如式（２－１）－（２－３）所示［｜３］：逡逑正極反應(yīng)：ＬｉＣｏ0２邋ＬｉｕＣｏＯ？邋＋邋ｘＬｉ＋邋＋邋ｘｅ－邐（２－１）逡逑負(fù)極反應(yīng)：Ｃ６邋＋邋ｘＬｉ＋邋＋邋ｘｅ—邋＜■？邋ＬｉｘＣ６邐（２－２）逡逑電池總反應(yīng)？？邋ＵＣ0０２邋＋邋Ｃ６邋＾邋Ｌｉ＾ＣｏＯｚ邋＋邋ＬｉｘＣ６邐（２－３）逡逑邐Ｌ邐Ｗ邋．ｓ邋ｅ邋＾４邐如}0啦逡逑Ｉ逡逑Ｎｅｇ？ｔ＜？＊邋Ｃｔｏｃｔｒａｄ＊邐0Ｋｔｒｏｄ？逡逑（Ａｎｏｄｅ）邐（ＣＭｔｉｏｔｆｔ）逡逑｜綦ｒ：邋？廔ｎ逡逑國(guó)嘗１５叄渝危蹋懾義希�？＜偼Ｋｖ嵟傚P悖簦睿荊蓿危

本文編號(hào)：2730090