新能源的開發(fā)以及合理應(yīng)用為能源危機(jī)提供了有效解決方案。在電動(dòng)汽車與移動(dòng)電子設(shè)備迅猛發(fā)展,爆發(fā)增長的背景下,近年來鋰離子電池的需求量長期保持持續(xù)增長的勢(shì)頭。由于鋰離子電池具有循環(huán)穩(wěn)定性佳,相對(duì)較高的能量密度和良好的安全性等綜合優(yōu)點(diǎn),這使其成為當(dāng)今儲(chǔ)能器件的不二之選。隨著人們對(duì)鋰離子電池綜合性能日益增長越來越高的要求,其目前的性能越來越無法滿足人們的需求。其中負(fù)極材料是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一,目前廣泛商業(yè)化應(yīng)用的負(fù)極材料主要是石墨類材料,其理論比容量?jī)H為372mAh·g~(-1),提升空間非常有限,因此尋求替代的更高容量、更長循環(huán)壽命、更高安全性的鋰離子電池負(fù)極材料迫在眉睫。一系列不同的鋰離子電池負(fù)極材料備受人們關(guān)注,其中二維納米材料依靠獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)受到人們廣泛的研究,其中包括近年來的熱點(diǎn)材料石墨烯。在眾多的二維納米材料之中,如MX_2(M=Mo,Ti,V和W,X=S或Se)的過渡金屬二鹵化物由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)受到了人們的廣泛研究。這類材料有一個(gè)共同特點(diǎn)是外來原子能夠嵌入其層間。這一類化合物晶體結(jié)構(gòu)為層內(nèi)的原子依靠強(qiáng)共價(jià)鍵相結(jié)合,而鄰層之間則是由弱范德華力結(jié)合,形成層片狀的結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征促進(jìn)了不同陽離子的嵌入和脫出,使其在用于鋰離子電池時(shí)展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。這類化合物中的MoS_2受到了廣泛研究由于其較高的比容量。然而半導(dǎo)體特性以及反復(fù)脫嵌鋰過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)變化嚴(yán)重影響了其電化學(xué)性能。目前,提升MoS_2容量和循環(huán)穩(wěn)定性的途徑主要是提升導(dǎo)電性、納米化改性以及擴(kuò)張層間距。本文通過直流電弧等離子體法制備Mo納米粉體作為前驅(qū)體,隨后進(jìn)行硫化反應(yīng)得到MoS_2納米粒子。通過物理表征發(fā)現(xiàn)其層間距相較塊體MoS_2材料(0.615 nm)顯著擴(kuò)大,達(dá)到了0.702 nm。通過直流電弧等離子體法制得的Mo納米球直徑10~25 nm,分布均勻且粒徑較小,以此作為前驅(qū)體進(jìn)行硫化反應(yīng)得到的MoS_2納米片尺寸較小,形成的團(tuán)聚體直徑5~20μm,比表面積達(dá)到了80.42 m~2·g~(-1),活性物質(zhì)與電解液的接觸面積得到擴(kuò)展,循環(huán)過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得到了緩沖,活性物質(zhì)粉化導(dǎo)致容量迅速衰減的問題大大緩解。用作鋰離子電池的負(fù)極材料,MoS_2納米粒子表現(xiàn)出優(yōu)于理論容量的比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性,前100次循環(huán)保持860 mAh·g~(-1)以上的可逆比容量。隨著充放電過程中MoS_2分解產(chǎn)生均勻分布的原子級(jí)Mo,其與Li發(fā)生合金化反應(yīng)嵌鋰容量逐漸增大,這個(gè)過程中比容量逐漸上升至2065 mAh·g~(-1),表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 緒論
    1.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介
        1.1.1 鋰離子電池背景
        1.1.2 鋰離子電池工作原理
        1.1.3 鋰離子電池結(jié)構(gòu)
        1.1.4 鋰離子電池特點(diǎn)
    1.2 鋰離子電池負(fù)極材料
        1.2.1 嵌入/脫嵌型鋰離子電池負(fù)極材料
        1.2.2 合金/脫合金型鋰離子電池負(fù)極材料
        1.2.3 氧化還原型鋰離子電池負(fù)極材料
2 負(fù)極材料研究進(jìn)展'>    1.3 MoS₂ 負(fù)極材料研究進(jìn)展
2 背景'>        1.3.1 MoS₂ 背景
2 脫嵌鋰原理'>        1.3.2 MoS₂ 脫嵌鋰原理
2 當(dāng)前研究'>        1.3.3 MoS₂ 當(dāng)前研究
    1.4 研究目的及內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究?jī)?nèi)容
2 樣品制備及表征結(jié)果
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
2 納米結(jié)構(gòu)制備'>    2.2 MoS₂ 納米結(jié)構(gòu)制備
        2.2.1 直流電弧等離子體法
        2.2.2 Mo納米粒子制備
2 納米粒子制備'>        2.2.3 MoS₂ 納米粒子制備
    2.3 樣品表征手段
        2.3.1 X射線衍射圖譜（XRD）
        2.3.2 拉曼光譜分析（Raman）
        2.3.3 X射線光電子能譜（XPS）
        2.3.4 透射電子顯微鏡（TEM）
        2.3.5 掃描電子顯微鏡（SEM）
        2.3.6 原子力顯微鏡（AFM）
        2.3.7 熱重分析（TGA）
2 吸附/脫附分析'>        2.3.8 N₂ 吸附/脫附分析
        2.3.9 第一性原理計(jì)算
    2.4 樣品表征結(jié)果
        2.4.1 樣品晶體結(jié)構(gòu)表征
        2.4.2 樣品形貌表征
    2.5 本章小結(jié)
3 電池制備及電化學(xué)性能
    3.1 鋰離子電池的制備與組裝
        3.1.1 鋰離子電池電極的制備
        3.1.2 鋰離子電池的組裝
    3.2 電化學(xué)測(cè)試技術(shù)
        3.2.1 恒流充放電測(cè)試
        3.2.2 循環(huán)伏安測(cè)試
        3.2.3 電化學(xué)阻抗譜測(cè)試
    3.3 電化學(xué)性能
        3.3.1 循環(huán)伏安曲線
        3.3.2 充放電曲線
        3.3.3 電化學(xué)阻抗曲線
        3.3.4 循環(huán)后形態(tài)分析
    3.4 本章小結(jié)
4 結(jié)論與展望
    4.1 結(jié)論
    4.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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2 張?zhí)稃?王春梅;宋子會(huì);;鋰離子電池石墨負(fù)極材料的改性研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2014年05期

3 屈偉平;;鋰電池的發(fā)展概述[J];城市車輛;2009年05期

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本文編號(hào)：2886432