【摘 要】
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在种类繁多的化学能源中,锂离子电池因其重量轻、体积小、能量密度高、安全性能高和可快速充放电等优点成为一种主流储能电池,极大的推动了一个可移动、无化石燃料的社会发展。然而随着电动汽车、智能电网的发展,锂离子电池的发展也迎来了新的挑战,开发具有优良性能的新一代锂离子电池(LIBs)至关重要,而锂离子负极材料在锂离子电池性能中发挥着重要的作用,因此储能领域的研究重点之一是探索新型锂离子负极材料。钼基硫(
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在种类繁多的化学能源中,锂离子电池因其重量轻、体积小、能量密度高、安全性能高和可快速充放电等优点成为一种主流储能电池,极大的推动了一个可移动、无化石燃料的社会发展。然而随着电动汽车、智能电网的发展,锂离子电池的发展也迎来了新的挑战,开发具有优良性能的新一代锂离子电池(LIBs)至关重要,而锂离子负极材料在锂离子电池性能中发挥着重要的作用,因此储能领域的研究重点之一是探索新型锂离子负极材料。钼基硫(硒)化合物凭借其高的理论比容量已经引起了科研工作者越来越多的研究兴趣。然而,钼基硫(硒)化合物的低电导率和体积效应导致其应用于锂离子电池负极材料时具有较差的倍率性能和循环性能。为此,本文通过引入碳基体、设计具有核壳结构的活性材料用以克服钼基硫(硒)化合物低电导率和体积效应问题。主要研究内容如下:(1)采用溶胶-凝胶法和水热法在核壳结构Fe3O4@C表面包覆MoSe2制备了Fe3O4@C@MoSe2纳米复合材料。该复合材料所具有的核壳结构缓解了 Fe3O4在充放电过程中体积膨胀,为锂离子的扩散提供了丰富的传输通道;碳壳不仅增强了材料的整体导电性,还提高了核的稳定性,防止了 Fe3O4发生团聚现象;外部硒化钼纳米片提供了更多的电化学活性位点。在100 mA g-1的电流密度下,Fe304@C@MoSe2可以达到1397.6 mA h g-1的首次放电容量,并在70个充放电循环之后维持在878 mA h g-1,库伦效率在99%以上,表现出良好的可逆性。在1.0 A g-1的电流密度下循环300次,其放电容量仍然可以达到609.2 mAh g-1,展现出优良的长循环性能。(2)通过原位生长策略在核壳结构Fe3O4@C内部生长MoS2制备了Fe3O4/MoS2@C复合材料。该复合材料的核壳结构有利于减缓循环过程中Fe3O4和MoS2的体积变化;空腔中生长的部分MoS2可以为嵌脱锂提供更多的通道;碳壳改善了材料的整体导电性,这种协同作用有助于提高材料结构的稳定性和电化学性能。在100 mA g-1的电流密度下,Fe3O4/MoS2@C可以达到1420.6 mA h g-1的首次放电容量且在循环20圈后放电比容量一直呈现基本稳定,直至100圈后放电比容量仍有671.6 mA h g-1,Fe3O4/MoS2@C在1.0 Ag-1时循环600次,其放电比容量仍然可以达到582.8 mAh g-1,得益于结构的稳定性,Fe3O4/MoS2@C复合材料展现出优良的循环性能。(3)通过简单易行的模板法制备了非晶态核壳结构CoMoOxSy@NC纳米复合材料。内部空腔可以减轻电极材料在充放电过程中的体积变化;具有无序晶格的非晶结构可以为Li+嵌入提供更多扩散路径和更多的电化学活性位点;氮原子掺杂的碳层有助于增加材料整体的稳定性和导电性。在100 mA g-1的电流密度下,CoMoOxSy@NC在循环100圈之后放电比容量仍能维持在744.2 mA h g-1。无定形Co-Mo氧化物/硫化物的协同增强效应和独特的核壳纳米球结构使CoMoOxSy@NC纳米复合材料表现出良好的循环性能。
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