MoS_2作為一種層狀過渡金屬硫化物,由于具有較寬的層間距(0.67 nm),被認為是一種理想的鈉離子電池負極材料。但MoS_2本身導(dǎo)電性較差,并且在電化學(xué)反應(yīng)過程中體積膨脹較大,從而限制了它在鈉離子電池中的應(yīng)用。因此,設(shè)計合成新型MoS_2基復(fù)合材料,以提高其導(dǎo)電性和抑制體積膨脹,是改善MoS_2鈉電性能的有效途徑。本文通過水熱合成法以及液相剝離-還原法合成了幾種MoS_2基復(fù)合材料,并將其用作鈉離子電池負極材料,研究了它們的電化學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下:1.設(shè)計開發(fā)了一種MoS_2納米片@氮摻雜碳微管(NCMT)復(fù)合電極材料,并將其用作鈉離子電池負極材料。NCMT骨架衍生于常見的三聚氰胺海綿,它不僅用作模板,而且用作氮源和碳源。這種獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效地縮短鈉離子的擴散長度,提高電極的導(dǎo)電性,為電化學(xué)反應(yīng)提供更多的活性位點。當(dāng)用作鈉離子電池負極材料時,MoS_2@NCMT復(fù)合材料表現(xiàn)出高初始庫侖效率(67.9%),較高的倍率性能(在10 A g~(-1)的電流密度下放電比容量為196 mAh g~(-1),在30 A g~(-1)的電流密度下放電比容量為118 mAh g~(-1))以及較好的循環(huán)穩(wěn)定性(在80 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)100圈后,放電比容量為289 mAh g~(-1))。2.以低成本商用三聚氰胺海綿為模板,氧化石墨烯為單體,通過表面浸漬組裝、凍干及高溫?zé)Y(jié)過程制備了獨特的三維氮摻雜石墨烯微管(NGMT)材料。以NGMT為模板,水熱合成了MoS_2@氮摻雜石墨烯微管(MoS_2@NGMT)復(fù)合材料。由于石墨烯微管的良好導(dǎo)電性和穩(wěn)定的三維骨架結(jié)構(gòu),將MoS_2@NGMT作為鈉離子電池負極材料,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,在100 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)100圈后,MoS_2@NGMT仍然有407 mAh g~(-1)的放電比容量,并且在50 A g~(-1)的電流密度下,復(fù)合材料仍然有203 mAh g~(-1)的放電比容量。3.通過一鍋法合成了碳包覆的MoS_2/石墨烯(Ex-MoS_2/RGO@C)復(fù)合材料。該方法在室溫下利用液態(tài)鉀鈉合金同時完成了商用MoS_2粉體的原位剝離以及氧化石墨烯和二氧化碳的還原。作為鈉離子電池的負極材料,Ex-MoS_2/RGO@C復(fù)合材料具有高倍率性能(在2 A g~(-1)的電流密度下放電比容量為316 mAh g~(-1))和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(在100 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)150圈后,放電比容量為415 mAh g~(-1))。石墨烯的導(dǎo)電性、原位碳涂層以及MoS_2的層間距擴大之間的協(xié)同作用是電化學(xué)性能優(yōu)異的原因。
【學(xué)位單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912;TB33
【文章目錄】：
摘要
abstract
引言
第一章 緒論
    1.1 鈉離子電池概述
        1.1.1 鈉離子電池的研究背景
        1.1.2 鈉離子電池的工作原理
    1.2 鈉離子電池負極材料
        1.2.1 碳材料
        1.2.2 鈦基材料
        1.2.3 合金材料
        1.2.4 硫?qū)倩牧?br>    1.3 二硫化鉬基負極材料
    1.4 本論文選題的目的意義及內(nèi)容
第二章 實驗材料、儀器及分析測試方法
    2.1 實驗試劑和儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
        2.1.3 材料表征儀器
    2.2 鈉離子電池的組裝與測試
2@NCMT復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究'>第三章 水熱合成法制備MoS₂@NCMT復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究
    3.1 研究背景
    3.2 樣品的制備
    3.3 實驗結(jié)果與討論
2@NCMT復(fù)合材料的制備機理'>        3.3.1 MoS₂@NCMT復(fù)合材料的制備機理
2@NCMT復(fù)合材料的相關(guān)表征'>        3.3.2 MoS₂@NCMT復(fù)合材料的相關(guān)表征
        3.3.3 電化學(xué)性能分析
    3.4 本章小結(jié)
2@NGMT多級微管結(jié)構(gòu)的制備及其電化學(xué)性能研究'>第四章 MoS₂@NGMT多級微管結(jié)構(gòu)的制備及其電化學(xué)性能研究
    4.1 研究背景
    4.2 樣品的制備
    4.3 實驗結(jié)果與討論
2@NGMT復(fù)合材料的制備機理'>        4.3.1 MoS₂@NGMT復(fù)合材料的制備機理
2@NGMT復(fù)合材料的相關(guān)表征'>        4.3.2 MoS₂@NGMT復(fù)合材料的相關(guān)表征
        4.3.3 電化學(xué)性能分析
    4.4 本章小結(jié)
2/RGO@C復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究'>第五章 液相剝離-還原法制備Ex-MoS₂/RGO@C復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究
    5.1 研究背景
    5.2 樣品的制備
    5.3 實驗結(jié)果與討論
2/RGO@C復(fù)合材料的制備機理'>        5.3.1 Ex-MoS₂/RGO@C復(fù)合材料的制備機理
2/RGO@C復(fù)合材料的相關(guān)表征'>        5.3.2 Ex-MoS₂/RGO@C復(fù)合材料的相關(guān)表征
        5.3.3 電化學(xué)性能分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀學(xué)位期間的研究成果
致謝

【參考文獻】

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1 張寧;劉永暢;陳程成;陶占良;陳軍;;鈉離子電池電極材料研究進展[J];無機化學(xué)學(xué)報;2015年09期

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本文編號：2858330