异质层状材料mos2和膨胀石墨共球磨及其锂电性能研究【字数：9305】
本课题研究的主要内容是将二硫化钼和膨胀石墨共球磨使这两种物质分别剥离并有效复合，并且研究这种复合材料的电化学性能。二硫化钼具备类似于石墨烯的层状结构，是一种二维材料。二硫化钼各层之间由范德华力和共价键相互作用。这样的结构十分有利于锂离子的进入，所以二硫化钼的储锂潜能优异。而且从成本上来看，二硫化钼的自然资源较为丰富。膨胀石墨是一种插层的结构，膨胀石墨具备类似于强导电性的优秀性能。样品的制备设备采用全方位行星式球磨机，通过改变球磨珠的尺寸来确定较为合适的球磨条件，实验过程采用控制变量法来研究。试验中准备了粒径大小约为50μm的膨胀石墨以及2 mm尺寸的氧化锆陶瓷球磨珠，同时球料质量比为30:1，MoS2与膨胀石墨摩尔比为11、21、1:2、4:1、1:4和纯MoS2进行球磨。实验结果显示MoS2与膨胀石墨比为21时效果最好。同时，所以在原来的基础上加上新的球磨介质NaCl进行混合球磨，MoS2和膨胀石墨 按摩尔比1:7、114和1:28研磨，结果显示MoS2与膨胀石墨比为21时展现出了最为优秀的循环性能。
目录
1. 绪论 1
1.1锂离子电池的工作原理 1
1.2锂离子电池技术发展历程及研究现状 1
1.2.1锂离子电池的发展历程 1
1.2.2锂离子电池的研究现状 3
1.3 本论文设计思路 4
2. 实验研究方法 6
2.1原料与试剂 6
2.1.1 实验主要原料 6
2.2 实验仪器与设备 6
2.2.1 实验制备仪器 6
2.2.2 实验样品测试用的设备 6
2.3锂离子电池制备工艺 6
2.3.1样品配料 6
2.3.2 活性材料制备和锂离子电池的组装 7
3. 实验结果分析与讨论 9
3.1 MoS2/ C充放电性能研究 9
3.2食盐辅助球磨获得的MoS2/C充放电性能测试 10
3.3食盐辅助球磨所得产物结构分析 12
3.4显微形貌分析（SEM）分析 13
3.5电化学性能分析 14
3.6不同比例食盐辅助球磨获得的MoS2/C电池的交 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
流阻抗图 15
结论 17
参考文献 18
致谢 20
1. 绪论
1.1锂离子电池的工作原理
相比传统的铅酸电池、镉镍电池等而言，锂离子电池是现在最常见的，也是运用最为广泛的可充电电池。根据使用需求，锂离子电池可做成各种形状，满足各式各样的要求。也可按照电解液状态的需求，做成液体锂离子电池和聚合物锂离子电池。尽管形状尺寸大小和电解液状态等都有不同的差异，但锂离子电池的基本组成是一样的。锂离子电池由五部分组成，分别是正极壳、负极壳、隔膜、电解液和活性物质材料。
电解液为高电压下不分解的有机溶剂和电解质的混合溶液。电解质为锂离子的运输提供传导介质，通常具有较高的离子电导率、热稳定性、安全性以及相容性，本实验中所运用到的电解液为二次电解液。与普通电解液相比，它是可逆的，充放电两者都可行。锂离子电池隔膜一般都是高分子聚烯烃树脂做成的，起到了隔离电子使其无法通过电池内电路，但允许锂离子自由通过的作用。锂离子电池实际上就是一种可以在阴阳两个电极之间进行反复嵌入和脱出的新型二次电池。在充电状态时，电池的正极反应产生了锂离子和电子，电子即负电荷通过外电路从电池的正极向负极迁移，形成负极流向正极的电流。与此同时，正极反应产生的锂离子通过电池内部的电解液，透过隔膜迁移到负极区域，并嵌入负极活性物质的微孔中，结合外电路过来的电子生成，在电池内部形成从正极流向负极且与外电路大小一样的电流，最终形成完整的闭合回路;放电过程则正好相反在正常充电和放电过程中，Li离子在嵌入和脱出过程中一般不会破坏其晶格参数及化学结构。锂离子电池的核心主要是正、负极材料，这直接决定了锂电池的工作电压以及充放电的循环性能。
1.2锂离子电池技术发展历程及研究现状
1.2.1锂离子电池的发展历程
电池起源于1786年,意大利解剖学家伽伐尼发现用金属触碰青蛙的大腿会引起大腿肌肉抽搐，于是提出来了“生物电”的概念，伽伐尼的发现引起了物理学家们的好奇。1800年意大利物理学家伏特成功研发了世界上第一个电池“伏特电堆”。到了1836年，英国物理学家丹尼尔通过深入研究“伏特电堆”，又接连发明了效果更好的其他衍生电池，但这些电池罐装的液体在挪动搬运时很不方便并且存在危险。
首个商业化的锂离子电池，出现在1991年，锂离子电池主要侧重于便携电子设备。之后出现在锂离子电池才真正用于满足大中型设备，例如电动汽车以及储能方面的系统。目前，全球范围内石油等传统能源资源的日益紧缺，社会城市化的迅速发展，工业和生活污染对环境的影响日益渐突出，使得人们对全球变暖和生态环境恶化等环保问题的关注日益增强，一些新能源，例如太阳能，潮汐能和风能等被相继开发利用起来，他们发展迅速。按目前的发展速度计算，到2035年新能源将成为美国能源消耗的主要能源，但这些新能源供应具有不稳定性和不连续性，所以这些能源需要先转化为电能，然后再输出，促进了充放电电池的研究促成了锂离子电池的出现。
除了发现和利用更多的材料提高电池的充放电性能之外，降低环境的污染以及更低的成本，也是所需要考虑的问题。传统的铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池等的使用寿命短，能量密度较低，以及环境污染等问题大大限制他们的使用。同传统的二次化学电池进行比较，在全球能源不断枯竭枯竭的今天，各方竭力倡导节能减排低碳绿色生活，而在此多向方案中使用新能源汽车将成为必然的发展趋势之一。近几年来由于材料的改善和优化，锂离子电池使用高安全性电池材料与高稳定性的电解液系统，加上制作技术提高，使得日本与韩国等技术领先的锂电池厂商已经可以掌握此技术并生产应用于3C产品的电池。电池的应用领域从3C产品跨越到载具以及未来的混合式电动车，其技术目标为追求低材料成本与高循环寿命。应用载具对电力系统的需求剧增对锂电池的发展高能量密度或者高功率性能方面提出了新的挑战。为了达到这些高性能的需求，需要进行锂电池结构与锂电池性能的优化。电动汽车主要是以电代油驱动动力系统，分为纯电动车、混合式电动汽车以及介于两者之间的插电式混合电动汽车三种。当电池电压下降时，启动传动系统引擎，并对电池进行充电。插电式复合电动车所需配备的电池容量大，采用电池为动力可行驶更远的距离，燃油节省更多，并降低温室气体的排放。全球代表性的日产Leaf电动车产品的重点在电池组的体积和质量，电动车轻量化，大大降低了电动车的工作质量，可以解决“里程焦虑”问题。2013年，在质量优化方面，Leaf产品质量减少了80kg，续航里程延长了10％，Leaf系列产品下步可能会增加电池组的能量密度，所以具有相同质量和体积的动力锂电池组，可以存储更多的电量，从而使续航里程增加25％以上。美国 Tssas系列采用18650锂离子电池，提供三种不同容量的电池供消费者选择，分别为40 kW h，60 kW?h和85k W?h，这三种不同容量电池将为车辆提供256 km、370km和480 km的最大巡航里程。我国出台了较多政策支持新能源汽车的发展，在研发上也投入了大量财力和物力，如有代表性的国家“863”重点项目一锂离子电池研发项目。比亚迪、万向集团、深圳比克电池将会对锂电池投入越来越多的关注。目前生产的锂离子电池体积小、功率低。高容量、高功率锂离子电池仍在试产及试运行阶段。
目录
1. 绪论 1
1.1锂离子电池的工作原理 1
1.2锂离子电池技术发展历程及研究现状 1
1.2.1锂离子电池的发展历程 1
1.2.2锂离子电池的研究现状 3
1.3 本论文设计思路 4
2. 实验研究方法 6
2.1原料与试剂 6
2.1.1 实验主要原料 6
2.2 实验仪器与设备 6
2.2.1 实验制备仪器 6
2.2.2 实验样品测试用的设备 6
2.3锂离子电池制备工艺 6
2.3.1样品配料 6
2.3.2 活性材料制备和锂离子电池的组装 7
3. 实验结果分析与讨论 9
3.1 MoS2/ C充放电性能研究 9
3.2食盐辅助球磨获得的MoS2/C充放电性能测试 10
3.3食盐辅助球磨所得产物结构分析 12
3.4显微形貌分析（SEM）分析 13
3.5电化学性能分析 14
3.6不同比例食盐辅助球磨获得的MoS2/C电池的交 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
流阻抗图 15
结论 17
参考文献 18
致谢 20
1. 绪论
1.1锂离子电池的工作原理
相比传统的铅酸电池、镉镍电池等而言，锂离子电池是现在最常见的，也是运用最为广泛的可充电电池。根据使用需求，锂离子电池可做成各种形状，满足各式各样的要求。也可按照电解液状态的需求，做成液体锂离子电池和聚合物锂离子电池。尽管形状尺寸大小和电解液状态等都有不同的差异，但锂离子电池的基本组成是一样的。锂离子电池由五部分组成，分别是正极壳、负极壳、隔膜、电解液和活性物质材料。
电解液为高电压下不分解的有机溶剂和电解质的混合溶液。电解质为锂离子的运输提供传导介质，通常具有较高的离子电导率、热稳定性、安全性以及相容性，本实验中所运用到的电解液为二次电解液。与普通电解液相比，它是可逆的，充放电两者都可行。锂离子电池隔膜一般都是高分子聚烯烃树脂做成的，起到了隔离电子使其无法通过电池内电路，但允许锂离子自由通过的作用。锂离子电池实际上就是一种可以在阴阳两个电极之间进行反复嵌入和脱出的新型二次电池。在充电状态时，电池的正极反应产生了锂离子和电子，电子即负电荷通过外电路从电池的正极向负极迁移，形成负极流向正极的电流。与此同时，正极反应产生的锂离子通过电池内部的电解液，透过隔膜迁移到负极区域，并嵌入负极活性物质的微孔中，结合外电路过来的电子生成，在电池内部形成从正极流向负极且与外电路大小一样的电流，最终形成完整的闭合回路;放电过程则正好相反在正常充电和放电过程中，Li离子在嵌入和脱出过程中一般不会破坏其晶格参数及化学结构。锂离子电池的核心主要是正、负极材料，这直接决定了锂电池的工作电压以及充放电的循环性能。
1.2锂离子电池技术发展历程及研究现状
1.2.1锂离子电池的发展历程
电池起源于1786年,意大利解剖学家伽伐尼发现用金属触碰青蛙的大腿会引起大腿肌肉抽搐，于是提出来了“生物电”的概念，伽伐尼的发现引起了物理学家们的好奇。1800年意大利物理学家伏特成功研发了世界上第一个电池“伏特电堆”。到了1836年，英国物理学家丹尼尔通过深入研究“伏特电堆”，又接连发明了效果更好的其他衍生电池，但这些电池罐装的液体在挪动搬运时很不方便并且存在危险。
首个商业化的锂离子电池，出现在1991年，锂离子电池主要侧重于便携电子设备。之后出现在锂离子电池才真正用于满足大中型设备，例如电动汽车以及储能方面的系统。目前，全球范围内石油等传统能源资源的日益紧缺，社会城市化的迅速发展，工业和生活污染对环境的影响日益渐突出，使得人们对全球变暖和生态环境恶化等环保问题的关注日益增强，一些新能源，例如太阳能，潮汐能和风能等被相继开发利用起来，他们发展迅速。按目前的发展速度计算，到2035年新能源将成为美国能源消耗的主要能源，但这些新能源供应具有不稳定性和不连续性，所以这些能源需要先转化为电能，然后再输出，促进了充放电电池的研究促成了锂离子电池的出现。
除了发现和利用更多的材料提高电池的充放电性能之外，降低环境的污染以及更低的成本，也是所需要考虑的问题。传统的铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池等的使用寿命短，能量密度较低，以及环境污染等问题大大限制他们的使用。同传统的二次化学电池进行比较，在全球能源不断枯竭枯竭的今天，各方竭力倡导节能减排低碳绿色生活，而在此多向方案中使用新能源汽车将成为必然的发展趋势之一。近几年来由于材料的改善和优化，锂离子电池使用高安全性电池材料与高稳定性的电解液系统，加上制作技术提高，使得日本与韩国等技术领先的锂电池厂商已经可以掌握此技术并生产应用于3C产品的电池。电池的应用领域从3C产品跨越到载具以及未来的混合式电动车，其技术目标为追求低材料成本与高循环寿命。应用载具对电力系统的需求剧增对锂电池的发展高能量密度或者高功率性能方面提出了新的挑战。为了达到这些高性能的需求，需要进行锂电池结构与锂电池性能的优化。电动汽车主要是以电代油驱动动力系统，分为纯电动车、混合式电动汽车以及介于两者之间的插电式混合电动汽车三种。当电池电压下降时，启动传动系统引擎，并对电池进行充电。插电式复合电动车所需配备的电池容量大，采用电池为动力可行驶更远的距离，燃油节省更多，并降低温室气体的排放。全球代表性的日产Leaf电动车产品的重点在电池组的体积和质量，电动车轻量化，大大降低了电动车的工作质量，可以解决“里程焦虑”问题。2013年，在质量优化方面，Leaf产品质量减少了80kg，续航里程延长了10％，Leaf系列产品下步可能会增加电池组的能量密度，所以具有相同质量和体积的动力锂电池组，可以存储更多的电量，从而使续航里程增加25％以上。美国 Tssas系列采用18650锂离子电池，提供三种不同容量的电池供消费者选择，分别为40 kW h，60 kW?h和85k W?h，这三种不同容量电池将为车辆提供256 km、370km和480 km的最大巡航里程。我国出台了较多政策支持新能源汽车的发展，在研发上也投入了大量财力和物力，如有代表性的国家“863”重点项目一锂离子电池研发项目。比亚迪、万向集团、深圳比克电池将会对锂电池投入越来越多的关注。目前生产的锂离子电池体积小、功率低。高容量、高功率锂离子电池仍在试产及试运行阶段。
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