二硫化钼基复合材料的制备及其电化学性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 锂离子电池拥有诸多优点，例如：便携、对环境友好和高能量密度等，故锂 离子电池在便携式电子器件、电动汽车等领域得到普遍的关注及应用，负极材料 是锂离子电池的一种关键部件，其对锂离子电池的电化学性能起着至关重要的作 用。二硫化钼（MoS ）作为一种典型的层状过渡金属二元化合物，具有与石墨烯 2 结构相似的结构，它是由三个原子层（S-Mo-S ）组成，通过弱的范德华力相互作 用组装在一起，具有较高的理论比容量（669.7mAh/g ）。而二硫化钼的这种类石墨 烯结构因为具备超大的层间距，对于锂离子的嵌入和脱出是十分有利的，且在此 过程中二硫化钼的体积变化不大。本文以二硫化钼为研究对象，通过对其改性处 理后，将它作为负极材料应用于锂/钠离子电池中，同时研究它的电化学性能。本 论文研究内容如下： （1）基于目前石墨负极已无法满足人们对高性能锂离子电池需求的考虑，在 本论文中采用石墨烯纳米片和二硫化钼纳米片交联成三维多孔气凝胶结构并将其 应用于锂/钠离子电池负极，期望构建高性能锂电池。而且，在本论文中还通过将 石墨烯和二硫化钼的复合物负载在不同基底上去探究不同类型基底对锂电池的电 化学性能的影响。在构筑的气凝胶材料中，石墨烯的引入明显提升二硫化钼的导 电性能，而采用新型无粘接剂基底则会降低电极材料和基底间的接触电阻。在论 文中采用的材料制备方法简单，有利于规模化生产，因此制备的气凝胶材料拥有 良好的商业应用前景。 （2 ）考虑到石墨烯和二硫化钼纳米片接触二硫化钼层间仍然存在导电性差的 盲点，故期望引入纳米金属颗粒去完善石墨烯和二硫化钼复合材料的导电性进而 提升材料的电化学性能。采用水浴热法制备出纳米铁颗粒附着的二硫化钼和石墨 烯的复合材料（MoS /GS/Fe ）。制备得到的复合材料会形成泡沫体结构，得到的材 2 料孔隙多，能够使锂离子快速的嵌入/脱出。纳米铁颗粒的附着明显提升了泡沫体 材料的导电性，导电性的提升使这种泡沫体的立体结构在充放电时加速离子和电 子的传输速率。对泡沫体材料进行储锂性能测试时，当测试电流密度为 100mA/g 时，MoS /GS/Fe 复合材料的首次放充电容量分别为1967mAh/g 和1437mAh/g ，首 2 次库伦效率为 73.1% ，经过 100 次的恒电流充放电循环后其比容量能达到 1557mAh/g ，容量保留率达到 108.4%，可以认为是材料在循环过程中得到活化， 这也进一步证明了泡沫体材料具备的优异循环稳定性。 关键词：锂/钠离子电池；二硫化钼；石墨烯纳米片；负极材料 I 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 Abstract Lithium-ion batteries have many advantages, such as portable, environmentally friendly and high energy density. Therefore, lithium-ion batteries have been widely concerned and applied in portable electronic devices, electric vehicles and other fields. Anode materials are a key component of lithium-ion batteries, which play a vital role in the electrochemical performance of lithium-ion batter