二硫化鉬、三氧化鉬基復合材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、近年來電動汽車和可移動電子產品的迅速發(fā)展極大地刺激了人們對于性能優(yōu)異的鋰離子電池的需求。人們正在積極地為鋰離子電池研究和尋找更高性能的電極材料。過渡金屬硫化物（TMS）由于其特殊的合金化或轉化反應的儲鋰機制近年來吸引了越來越多的關注，相比于傳統(tǒng)的碳負極材料， TMS對實現(xiàn)高比容量更為有優(yōu)勢。其中，二硫化鉬（MoS2），作為一種典型二維層狀結構的TMS，由于其可以在一個相對較低的電位下儲鋰以及通過轉換機制實現(xiàn)更高的比容量而引起了更加廣泛的

2、興趣。然而由于本身較差的導電性以及循環(huán)過程中結構的不穩(wěn)定性等問題，MoS2作為電極材料的循環(huán)和倍率性能并不能令人滿意。同樣作為一種過渡金屬化合物，三氧化鉬（MoO3）與 MoS2具有很多的相似之處，例如高的理論比容量，較差的循環(huán)穩(wěn)定性等。針對這些問題，研究人員發(fā)現(xiàn)，將MoS2和MoO3與導電性能優(yōu)良的材料結合構建特殊結構的復合材料可以很有效的改善電極材料的導電性和結構穩(wěn)定性。
　　本研究主要內容包括：⑴以鉬酸鈉為鉬源，氧化石墨烯為

3、基體，采用一步水熱法制備了MoS2/石墨烯復合材料（MoS2-rGO）。所制備的復合材料中，MoS2呈花球結構，直徑大約為400 nm，相對均勻地分散在石墨烯基體上。而片狀結構的石墨烯則相互之間交織構成了三維的導電網絡。由于這種特殊的復合結構以及導電性優(yōu)異的石墨烯的引入，所制備的MoS2-rGO復合材料表現(xiàn)出良好的電化學性能，當電池充放電100次之后，電池的比容量能夠穩(wěn)定在900 mAh/g左右。⑵以MoO3納米棒為無機前驅體，加入硫源

4、，通過水熱法使 MoO3與硫離子發(fā)生離子交換，制備了MoO3@MoS2復合材料。通過添加不同量的硫脲（1 mM，3 mM，5 mM），制備了一系列的MoO3@MoS2復合材料。在最佳的硫脲添加量（3mM）時，所制備的復合材料（MoO3@MoS2-II）是以一維的MoO3納米棒為核，二維超薄的MoS2納米片為殼，構建的具有一維分層體系的核殼結構復合材料。在MoO3@MoS2-II中，MoS2納米片原位垂直生長在MoO3納米棒，反應產物一維

5、結構的保持取決于反應體系溶劑的組成。電化學性能測試結果表明，這種由一維和二維材料構建的核殼結構復合材料具有優(yōu)異的電化學性能。在電流密度為100 mA/g，300 mA/g，500 mA/g，1000 mA/g對電池進行充放電時，電池分別表現(xiàn)出929 mAh/g，642 mAh/g，510 mAh/g，384 mAh/g的平均放電比容量，更重要的是，在電流密度重新設置為100 mA/g時，電池的容量能夠維持在868 mAh/g，說明所制備

6、的MoO3@MoS2具有良好的倍率性能。在電流密度為100 mA/g進行充放電時，經過100次充放電循環(huán)之后電極材料的比容量基本保持在781 mAh/g，說明MoO3@MoS2-II擁有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。⑶通過磁力攪拌用氧化石墨烯將MoO3進行包裹，制備了MoO3@GO復合材料。電化學性能測試表明，MoO3@GO的儲鋰容量相對于MoO3有了明顯地提高，首次放電容量達到1350 mAh/g，經過60次循環(huán)之后，容量保持在720 mAh/g

7、，并且從阻抗譜中可以看出，氧化石墨烯的加入使MoO3@GO的導電性大大提高。隨后對MoO3@GO進行了硫化?，F(xiàn)有的測試結果表明， MoO3@GO硫化產物（S-MoO3@GO）可能是引入了硫的MoO3@GO復合材料。MoO3中引入硫之后，可能產生了氧空位，層間距增大，這些有利于電極反應過程中電荷的快速運動以及可以提高結構的穩(wěn)定性，從充放電測試結果可以看出，S-MoO3@GO在循環(huán)過程中除首次循環(huán)外，后續(xù)的容量極為穩(wěn)定，同時材料也表現(xiàn)出極好