论文部分内容阅读
近些年,便携式电子设备和能源电动汽车的普及,客观上有利于缓解日益严重的能源危机和环境污染。锂离子电池因其能量密度高,寿命长等优点而被广泛使用。然而,商业化的负极石墨材料理论比容量低(372 mAh g-1),很难满足人们日益增长的需求。因此探索研究具有较高比容量、低成本且环境友好的电极材料,对缓解能源危机和未来锂离子电池的发展都至关重要。本论文选取层状硫化钼(MoS2)来制备锂离子电池负极材料,MoS2具有类石墨的二维层状结构,层间通过微弱的范德华力相连接,因此MoS2结构容易实现锂离子嵌入和脱出,是优异的负极材料(理论比容量670 mA h g-1)。然而MoS2的导电性却不尽人意,这归因于其半导体性质以及体积膨胀的问题,导致其电化学性能降低。针对这个问题,我们分别设计合成了单分散中空三明治型SiO2@C@MoS2复合微球,核壳结构Fe3O4@C@MoS2复合材料以及TiO2@C@MoS2复合微球,并且通过SEM,TEM,XRD,XPS和Raman等手段探究了其形貌特征和晶体结构。我们设计合成的SiO2@C@MoS2、Fe3O4@C@MoS2和TiO2@C@MoS2复合材料,是分别通过SiO2@PDA@MoS2、α-Fe2O3@PDA@MoS2和PS@TiO2@PDA@MoS2材料在N2氛围下,800℃、600℃和800℃条件下退火2 h得到的。它们具有的结构中,复合材料表层锚定的MoS2纳米片具有优异的锂离子嵌入能力;中间的碳夹层是通过聚多巴胺(PDA)碳化形成的氮掺杂碳层,其具有优异的导电性,又能对其表面锚定的MoS2纳米片进行有效的束缚。微球内层的SiO2和部分刻蚀的Fe3O4本身具有较高的理论比容量和较低的放电平台,中空以及核壳结构都能够缓解其在脱嵌锂离子过程中的体积膨胀效应,TiO2具有稳固的物理化学性质。基于这种协同包覆的策略,我们制备的复合材料应用于锂离子电池负极材料时,展现出优异的电化学性能:(1)当电流密度为0.2 A g-1时,SiO2@C@MoS2初始容量为1039 mA h g-1,初始库伦效率高达82.7%,在1 Ag-1的高电流密度下循环300圈后,其容量仍保持在600.4 mAh g-1。(2)0.2 Ag-1电流密度下Fe3O4@C@MoS2的初始容量为1335.5 mAh g-1,初始库伦效率为80.5%,0.2 Ag-1循环150圈后容量保持在686.5 mAh g-1。(3)电流密度为0.1 A g-1时,TiO2@C@MoS2初始容量为1642.4 mA h g-1,首次循环的库伦效率达到80.7%,1Ag-1电流密度下循环550圈后,其容量保留611.9 mAh g-1。并且三种复合电极材料在不同倍率下表现出的电化学性能和循环稳定性都远优于对比样品C@MoS2、Fe3O4@C和TiO2@C材料。