基于Mo-MOFs及其衍生物应用于钠(锂)离子电池负极材料的研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gamebugs2009
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近些年科技和经济的快速发展下,强化新能源行业进程成为我国行业发展的重要战略之一。锂离子电池因为其具备高的能量密度以及持续的能源供应,成为新一代动力汽车以及便携设备的首选。市场上的锂离子电池大多以石墨做负极材料,但是由于它的容量有限,因此寻找具有更高的理论容量的负极材料成为发展锂离子电池的最重要途径之一。经过研究者的不断摸索和探究,发现有两种理论容量很高的化合物,一是过渡金属氧化物,二是硫化物。它们是锂离子电池负极材料的优良候选者,因此制备出新型的高性能过渡金属复合物负极材料成为了研究热点。本文研究内容分为三个部分:1.通过以钼基金属有机骨架(Mo-MOFs)为前驱体,在不同温度(300℃、400℃、600℃和800℃)下,采用简易硫化法制备了二硫化钼(MoS2)。制备的MoS2具有较高的钠离子电池可逆比容量。其中,400℃下合成的阳极材料MoS2结构稳定,电化学性能优越。MoS2/C-400°C电极在0.1、0.2、0.5、1.0和2.0 A g-1电流密度下的平均放电容量分别为910、810、670、620和535 mAh g-1。值得注意的是,当电流密度恢复到0.1 A g-1时,可逆电容仍能维持在870mAh g-1。而且,即使在0.5 A g-1的大电流密度下,MoS2/C-400°C电极在循环150次后仍能保持500 mAh g-1左右的比容量。2.我们成功地通过简单的氢气还原法制备了Mo/MoO2/C。值得注意的是,Mo/MoO2/C仍保持Mo-MOFs前驱体的形态,由MoO2和Mo纳米粒子和残留的游离碳组成。这种结构避免了活性纳米粒子的团聚,分散在MOFs驱体中的纳米粒子由于减少了扩散路径,有利于Li+的传输。此外,与Mo和碳的杂化促进了电子转移,增加了结构的稳定性,而不牺牲容量。因此,Mo/MoO2/C表现出与快速锂化动力学相关的电容性行为。在1000 mA g-1循环200次后,Mo/MoO2/C的可逆容量达到436 mA h g-1。Mo/MoO2/C结合了MoO2、Mo和C的优点,表现出高倍率性能和长循环寿命的电化学特性,是一种很有前途的锂离子电池阳极候选材料。3.磷化钼具有较高的比容量是较理想的电极材料应用到锂离子电池,但是由于磷化钼导电性差,以及锂离子嵌入脱出过程会有较大的体积变化,对结构造成不可逆的破坏,造成比容量的持续降低,本文通过添加GO和PPy来提高磷化钼的导电性,以及增加结构的稳定性。使磷化钼展示了较好的倍率性能和稳定的可逆比容量。与MoP2/C相比MoP2/C@rGO具有更高的初次放电比容量(1208 mA h g-1)以及更高的倍率性能(在100、200、500、1000和2000 mA g-1电流密度下,比容量分别为830、750、630、550和430 mA h g-1)。更值得注意的是,在100 mA g-1电流密度下,经过100次循环后比容量保持为640 mA h g-1,紧接着在2000 mA h g-1的电流密度下,经过200个循环比容量保持在395 mAhg-1,此过程的容量保持率高达80%。
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