钼、铁基锂离子电池负极材料制备及其电化学性能研究

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随着科学技术的发展,可穿戴电子设备和便携式电子产品已在现代社会中得到了广泛的应用。使用不可再生的化石燃料作为能源,会产生严重的环境问题。所以,目前开发并已经商业化的锂离子电池(LIBs)成为储电能源的选择。石墨是当今已经商业化的锂离子电池负极材料,理论比容量较低,为372 mAh g-1,很难满足现代社会发展的需求。而钼、铁基负极材料具有较高的理论比容量、储量丰富和价格低廉等优点,备受研究者的关注,有望成为替代石墨的下一代锂离子电池负极材料。然而钼、铁基负极材料在充放电过程中会产生体积效应,导致电极材料团聚和粉化,造成电池容量循环性能较差。为了克服体积膨胀等缺陷,本文尝试使用碳基材料(碳纳米纤维、石墨烯和氧化石墨)为基底,与钼、铁基材料进行复合,来抑制材料的的体积膨胀,改善材料循环性能,具体研究内容如下:1.采用水热法成功地合成了碳纳米棒(CNR)-MoS2核鞘异质结构粉末。CNR-MoS2复合材料是由分层的MoS2纳米片紧紧地生长在CNR上,其中作为模板的CNR有效地减少了MoS2纳米片的聚集。本文对CNR-MoS2复合电极的电化学性能进行了较详细的研究,分析探究了锂离子在两个不同的电化学窗口(1.0-3.0 V和0.001-3.0 V)下嵌入MoS2的过程。在不同的电化学窗口下,CNR负载的MoS2比纯MoS2具有更好的电化学性能。2.在前一章的基础上,改变原料的用量,制备柔性的MoS2/CNF复合材料,不需要任何粘结剂、导电添加剂和集流体,避免了电极材料和集流体接触的问题。通过改变原料的用量可以调节生长在CNF膜上的MoS2纳米片的数量和晶体形貌。MoS2/CNF-B样品中的多孔MoS2纳米片具有丰富的离子扩散通道,且CNF为电子的传输提供通道,提高了MoS2的电导率。MoS2/CNF-B样品在1.0 A g-1的电流密度下的比容量是605.7 mAh g-1,且在100个循环后均未发生容量衰减现象。3.采用简单的一步水热法合成异质结构MoS2-MoO2/RGO(MoSR)复合材料作为锂/钠离子电池的负极材料。在制备的混合物中,还原氧化石墨烯(RGO)作为基底不仅可以提高电子导电性,而且可以有效地防止循环过程中MoS2-MoO2的粉碎。MOSR的异质结构可以提供丰富的活性位点,缩短电子和离子传输通道。同时,MoS2、MoO2和RGO的协同作用使其具有良好的电化学性能。结果表明,异质结构的MOSR是一种很好的锂离子电池和钠离子电池的候选负极材料。4.采用超声辅助和水热相结合的方法制备含不同GO量的Fe2O3-GO复合材料。GO作为基底材料,提高了Fe2O3的导电性,缓解了颗粒的聚集和体积膨胀。对制备的复合材料进行电化学性能测试,GO浓度为2 mg mL-1的极片的电化学性能最好。
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