类石墨烯型MoS2及MoS2/C材料的合成及电化学性能研究

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二硫化钼(MoS2)是一种典型的层状化合物,可与Li+或Na+发生电化学反应,具有较高的理论比容量,且来源广泛,环境友好,是一种有潜力的锂离子和钠离子电池负极材料。但MoS2存在容量衰减较快,倍率性能差等问题,且其充放电机理也存在较多争议。近来研究表明类石墨烯型MoS2(graphene-likeMoS2,GL-MoS2)能有效改善上述问题。因此本文拟通过水热法制备GL-MoS2及其与碳的复合材料(GL-MoS2/C),改善MoS2作为锂离子电池负极材料的性能,并对其充放电机理进行研究。同时,还对GL-MoS2作为钠离子电池负极材料的性能进行了研究。具体内容如下:  1、以抗坏血酸为碳源,采用水热法制备了不同碳含量的GL-MoS2/C复合材料。通过XRD、TG、SEM、HRTEM、BET表征了材料的结构、组成和形貌,并通过充放电、CV、EIS等方法测试了材料的电化学性能。在100 mA/g的电流密度下,0.01 V~2.8 V之间进行充放电测试,碳含量为11.5 wt%的GL-MoS2/C复合材料表现出最优的电化学性能:首次放电比容量为1106mAh/g,100次循环后比容量仍可维持在880mAh/g,在1000mA/g的电流密度下可逆容量仍能保持在660 mAh/g,循环性能及倍率性能均得到提高。综合分析表明,增大层间距、纳米化以及导电性提高是改善MoS2电化学性能的主要原因。对GL-MoS2的充放电机理研究表明,首次放电至0.01 V后形成Li2S和单质Mo,之后的充放电过程倾向于Li2S和单质S之间的转化反应,而非MoS2与Mo之间的转化。  2、分别以GL-MoS2和商业化MoS2作为活性物质组装钠离子电池,在0.1V~3.0 V电压范围内,200mA/g电流密度下充放电,商业化MoS2循环40周后比容量只剩余约20 mAh/g,而GL-MoS2循环325周后比容量仍剩余约250mAh/g,容量保持率为60%。实验结果表明GL-MoS2的纳米化和层间距的增大,能有效降低Na+的嵌入能垒,并提高嵌钠容量,进而改善了MoS2作为钠离子电池负极材料的电化学性能。
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