【摘 要】
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二维层状WS_2材料因具有较为独特的结构和优异的光电性能,在润滑、储能、催化等多个方面都具有广泛应用。为探究其在锂离子电池储能方面的应用,本文围绕制备和电化学性能改进两个方面对二硫化钨进行了研究。利用XRD、SEM、TEM、Raman、EDS和充放电性能检测等手段对材料的结构、形貌、成分、性能进行表征。本文具体研究内容如下:1)通过改变原料种类、原料配比、热处理温度、保温时间等多个因素,探究高温固
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二维层状WS2材料因具有较为独特的结构和优异的光电性能,在润滑、储能、催化等多个方面都具有广泛应用。为探究其在锂离子电池储能方面的应用,本文围绕制备和电化学性能改进两个方面对二硫化钨进行了研究。利用XRD、SEM、TEM、Raman、EDS和充放电性能检测等手段对材料的结构、形貌、成分、性能进行表征。本文具体研究内容如下:1)通过改变原料种类、原料配比、热处理温度、保温时间等多个因素,探究高温固相法制备二硫化钨的最佳工艺。结果表明:以偏钨酸铵与硫脲为原料,配比选用n W:n S=1:20,热处理工艺采用900°C保温3 h条件下制备得到的WS2颗粒较小,纯度较高且电化学性能最为优异。2)采用三氧化钨与硫代乙酰胺为原料制备出(NH4)2WS4前驱体,将前驱体进行热处理后获得WS2负极材料。结果表明:采用此方法获得的WS2颗粒团聚十分严重,氧缺陷较多,材料的循环和倍率性能较差,但在300°C进行硫化处理后材料的电化学性能得到较大提升。3)采用掺杂不同金属离子的方法对二硫化钨材料进行电化学性能改进。当向二硫化钨中掺入5%钒时,材料的结构和电化学性能达到最优。首次放电比容量为1087 mAh/g,在不同电流密度下循环130次后容量仍然可以达到610 mAh/g。向二硫化钨中掺1%的铁后,材料的低倍率电化学性能得到改进而高倍率电化学性能降低。在100 mA/g的电流密度下,首次放电比容量为946.3 mAh/g,30次循环后比容量较为810 mAh/g,但当电流密度达到800 mA/g时,材料的比容量只能达到460mAh/g。当向二硫化钨中掺入10%的钼时,材料的电化学性能最优,循环性能和倍率性能较掺杂前得到较大提升。首次放电比容量可以达到984.6 mAh/g,在不同电流密度下循环130次后的容量仍可以达到584.6 mAh/g。5)采用碳与二硫化钨复合的方法对材料进行性能改进,当碳的质量占比为10%时,材料的电化学性能最优。复合后材料的首次放电比容量可以达到1108 mAh/g,在100 mA/g电流密度下循环30次后,放电比容量可以高达876 mAh/g,在不同倍率下循环130次后,放电比容量仍可以达到584.5 mAh/g,可知材料的循环和倍率性能都得到较大改善。
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