【摘 要】
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二维过渡金属硫化物（TMDs）在储能领域展现出广阔的应用前景。其中二硫化钼（MoS2）的储能性能尤为突出,但当它作为锂离子电池（LIBs）负极材料时,材料内部锂离子（Li+）扩散机制仍有待进一步探索和明晰。随着原位检测技术不断发展,原位扫描探针技术为检测电极材料表面局域电化学应变提供了新途径。本文一方面在实验表征分析上,利用机械剥离法获取薄层MoS2,通过化学嵌锂法获取锂化MoS2（LixMoS2
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二维过渡金属硫化物（TMDs）在储能领域展现出广阔的应用前景。其中二硫化钼（MoS2）的储能性能尤为突出,但当它作为锂离子电池（LIBs）负极材料时,材料内部锂离子（Li+）扩散机制仍有待进一步探索和明晰。随着原位检测技术不断发展,原位扫描探针技术为检测电极材料表面局域电化学应变提供了新途径。本文一方面在实验表征分析上,利用机械剥离法获取薄层MoS2,通过化学嵌锂法获取锂化MoS2（LixMoS2）;基于电化学应变显微镜（ESM）,观察充放电过程中Li+在LixMoS2内部扩散过程的电化学应变演化。化学气相沉积方法制备了二维多晶MoS2薄膜,利用高分辨原子力显微镜表征了不同形状多晶MoS2晶界的晶体结构。另一方面通过理论分析,搭建力-电-化学多场耦合模型,利用有限元方法数值模拟离子扩散过程中的浓度分布、应力及应变状态。探究充放电过程中Li+在LixMoS2内部扩散动力学行为和微观力学演化过程的关联,阐明LixMoS2中Li+扩散微观机制,为提升LIBs离子活性提供基础数据和准则。本文主要研究内容如下:1、为了观察充放电过程中Li+在LixMoS2内部扩散过程的演化,基于ESM对样品进行了面扫和电压-振幅滞回线测试。实验发现Li+在材料内部表面形貌高低过渡区域迁移速率较大,并且随着脉冲电压幅度的加大,Li+迁移速率增大。2、利用原子力显微镜（AFM）中的横向力模块（LFM）表征了不同形状多晶MoS2中晶界（Grain boundary,GB）的晶体结构,并提出一种检测材料晶界的晶体结构的方法。简单而高效地实现TMDs材料的晶界探测和表征,有利于优化生长条件,提高材料制备质量。3、通过力-电-化学多场耦合模型,利用有限元方法数值模拟充放电过程中Li+在LixMoS2内部扩散时的浓度分布、应力、应变状态以及充放电过程中的滞回曲线。对比实验数据,进一步探究嵌锂MoS2中Li+扩散的基本机制。
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