碳材料改性二硫化钼高性能负极材料的结构设计与研究

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层状过渡金属硫化钼(MoS2)作为锂离子电池电极材料,具有理论比容量高、工作温度范围宽等优点,但是体积膨胀和电子电导率差严重地限制了MoS2电极材料的发展。为了克服这两种缺陷,本文设计制备了两种不同结构的MoS2基复合材料用作锂离子电池负极材料,同时设计了两种不同结构的MoS2基电极材料,研究了其电化学储锂性能。利用真空抽滤法制备“点-线-面”结构的N-CNT/MoS2@C自支撑电极,同时对电化学性能进行了研究。得益于球形MoS2@C,线形N-CNT和具备三维网络状结构的再生纸三种材料之间形成的协同作用,N-M-RP薄膜在不同倍率下表现出相对较高的放电比容量(990 mAh g-1),N-CNT再生纸薄膜(N-RP薄膜)呈现出成为电极材料的可能性(280 mAh g-1),而只沉积了MoS2@C的再生纸薄膜(M-RP薄膜)几乎没有储锂的性能(0 mAh g-1),根本不能用作锂离子电池电极材料。在高倍率下(500 mA g-1),N-M-RP循环200圈之后的可逆比容量分别为740 mAh g-1。所制备的“点-线-面”结构复合材料融合了3种材料的优点,能够最大限度地发挥各自的功能,使得电极材料具备优异的电化学性能。采用水热法制备”同轴管状”结构MoS2/氮掺杂石墨烯纤维(N-G-M)复合材料,并对电化学性能进行了研究。这种管状结构的复合材料具有明显的特点,氮掺杂石墨烯纤维作为材料骨架不仅保证了电子的快速传导,而且减弱了MoS2在充放电过程中出现的体积膨胀。作为锂离子电池负极材料,同轴管状MoS2/氮掺杂石墨烯纤维复合材料表现出良好的循环性能和倍率性能。在1 A g-1高倍率条件下,N-G-M的可逆放电容量保持在398 mAh g-1。在100 mA g-1倍率下循环50圈,N-G-M、G-M和纯MoS2的放电比容量分别为600 mAh g-1、361 mAh g-1和107 mAh g-1。“同轴管状”结构的N-G-M复合材料一方面缓解了二硫化钼材料的体积膨胀,另一方面为复合材料提供了良好的电子电导,使得制备的N-G-M复合材料表现出优异的电化学性能。
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