mos2cnr复合材料的制备及其电化学性能【字数：8711】
采用水热法成功地合成了碳纳米棒-MoS2核鞘异质结构粉末。碳纳米棒-MoS2是由紧密生长在碳纳米棒上的分层MoS2纳米片组成，其中碳纳米棒作为模板有效地减少了MoS2纳米片的聚集。本文对碳纳米棒-MoS2复合电极的电化学性能进行了详细的研究，其原因是锂在不同的电化学窗口(如1.0~3.0V和0.001~3.0V)中的锂化机制发生了两个显著的变化。前者主要与锂离子的嵌入/脱出相对应，具有良好的循环稳定性，但比容量低。后者对最终的锂硫电池系统产生了较大的相变，从而提供了较高的比容量，但伴随着严重的粉碎和快速容量衰减。在不同的电化学窗口下，碳纳米棒-MoS2复合材料比纯MoS2样品具有更好的电化学性能。
Keywords: electrochemical properties; phase change; lithiumion battery; composite electrode. 目录
1.前言 1
1.1引言 1
1.2锂离子电池 1
1.2.1锂离子电池的简介 1
1.2.2锂离子电池的优点 2
1.2.3锂离子电池的前景 3
1.3锂离子电池负极材料 3
1.4本课题研究的内容和意义 4
2.实验部分 5
2.1实验药品及仪器 5
2.1.1实验药品 5
2.1.2实验仪器及设备 5
2.2实验过程 6
2.2.1纺丝溶液的制备 6
2.2.2MoS2/CNR 复合材料的制备 6
3.结果与讨论 7
3.2 SEM分析 9
3.3 TEM分析 10
3.4电化学测试分析 11
3.5电化学阻抗测试 18
4.结论 20
参考文献 21
致谢 24
1.前言
1.1引言
随着混合动力汽车和电动汽车[1,2]的快速发展，锂离子电池(LIB)作为储能器件，由于其高能量密度和长循环寿命 [35]，得到了广泛的应用。商用石墨作为负极材料是LIB的重要组成部分之一，但由于其比容量为372mAh g1[5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
,6]，使其性能受到限制。MoS2理论容量可达670mAh g1[7,8]，是一种很有前途的阳极材料。MoS2具有层状六边形结构，其中Mo和S原子共价键合以形成通过范德华相互作用堆叠在一起的二维层[911]。该特征有利于锂离子的嵌入/萃取[1214]。然而，由于两个原因，MoS2电极材料循环稳定性差，速率性能差。第一，相邻的SMoS层沿c方向的低电导率影响电子/离子转移能力；第二，在放电电压低于0.5V时，MoS2基负极材料的多硫化物效应导致电极严重粉化[15，16]。
为了克服这些障碍，人们致力于制备MoS2/碳复合材料，例如将MoS2与石墨烯、碳纳米管和非晶多孔碳的导电材料杂交[819]。Stephenson及其合作者详细阐述了用于LIB的MoS2基负极材料的合成微观结构电化学性能关系[12]。Jiang和他的团队成员制备了2D MoS2碳交叠超结构，并研究了单层碳与MoS2纳米片之间的协同效应，显著提高了Li+的存储能力[15]。group和Wang报道了一种由碳布支撑的新型层状结构MoS2，由于碳布作为有效的导电通道发挥了重要作用，因此表现出优异的电化学性能[19，20]。众所周知，以MoS2为基础的负极材料放电到0V转换为LiS电池系统。在已经发表的文献中，用于稳定MoS2的碳质材料可以缓解MoS2在充放电循环过程中的粉化[11,2124]。然而，对于MoS2基负极材料在不同电化学窗口下的电化学性能还没有深入研究。
所以本篇论文主要以锂离子电池的负极材料为研究的对象，进行深入地探索。
1.2锂离子电池
1.2.1锂离子电池的简介
锂离子电池是一种采用锂元素材料作为电极的二次电池。该电池依靠锂离子在正负极之间来回移动，实现Li+在电极之间嵌入与脱出。充电时，锂离子从正极脱出，而后经由电解质，嵌入到负极，此时负极处于富锂状态；放电时，锂离子则由负极脱出，经电解质嵌入正极，正极处于富锂状态。由于锂离子电池有着较高的能量和环保性能，使之成为现代高性能电池的代表之一。
锂离子电池是20世纪研发出来的新型高能电池。20世纪60年代未，贝尔实验室的Broadhead 等最早开始“电化学嵌人反应”方面的研究。20世纪70年代初，Exxon公司设计了锂金属为负极、TiS2为正极的二次电池。20世纪70年代末，贝尔实验室发现金属氧化物能够提供更大的容量及更高的电压平台，从而金属氧化物开始被研究。20 世纪80年代，Goodenough等先后研究发现了LixCoO2和LixNiO2等层状材料的电化学价值，以及尖晶石锰酸锂作为电极材料的优良性能。20世纪80年代末，加拿大Moli能源公司把Li/MoS2二次电池推向市场，第一块商品化锂二次电池由此诞生。20世纪90年代，日本SONY公司发明了以碳基为负板、含锂的化合物为正极的锂二次电池，并最早实现产业化生产。1993年，美国Bellcore电讯公司首次采用PVDF工艺制造聚合物锂离子电池(PLIB)。而锂离子电池和聚合物锂电池作为第三代动力电池，其能量密度高于铅酸蓄电池和NiMH电池，而PLIB的质量比能量高达200w h.kg1，有足够的优势，如果能解决安全问题，它将是最有竞争力的动力电池。
1.2.2锂离子电池的优点
①能量密度高，即同质量或体积的锂离子电池提供的能量比其他电池高。锂离子电池的质量比能量一般在100~170W h kg1 之间，体积比容量在270~460W h L1之间，均为镍镉电池、镍氢电池的2~3倍。因此，同容量的电池，锂离子电池要轻很多，体积要小很多。
②电压高。因为采用了非水有机溶剂，其电压是其他电池的2~3倍。这也是它能是密度高的重要原因。
③自放电率低。自放电率又称电荷保持率，是指电池放置不用自动放电的多少。锂离子电池的自放电率为3%~9%，镍镉电池为25%~30%，镍氢电池为30%~35%。因此，同样环境下锂离子电池保持电荷的时间长。
Keywords: electrochemical properties; phase change; lithiumion battery; composite electrode. 目录
1.前言 1
1.1引言 1
1.2锂离子电池 1
1.2.1锂离子电池的简介 1
1.2.2锂离子电池的优点 2
1.2.3锂离子电池的前景 3
1.3锂离子电池负极材料 3
1.4本课题研究的内容和意义 4
2.实验部分 5
2.1实验药品及仪器 5
2.1.1实验药品 5
2.1.2实验仪器及设备 5
2.2实验过程 6
2.2.1纺丝溶液的制备 6
2.2.2MoS2/CNR 复合材料的制备 6
3.结果与讨论 7
3.2 SEM分析 9
3.3 TEM分析 10
3.4电化学测试分析 11
3.5电化学阻抗测试 18
4.结论 20
参考文献 21
致谢 24
1.前言
1.1引言
随着混合动力汽车和电动汽车[1,2]的快速发展，锂离子电池(LIB)作为储能器件，由于其高能量密度和长循环寿命 [35]，得到了广泛的应用。商用石墨作为负极材料是LIB的重要组成部分之一，但由于其比容量为372mAh g1[5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
,6]，使其性能受到限制。MoS2理论容量可达670mAh g1[7,8]，是一种很有前途的阳极材料。MoS2具有层状六边形结构，其中Mo和S原子共价键合以形成通过范德华相互作用堆叠在一起的二维层[911]。该特征有利于锂离子的嵌入/萃取[1214]。然而，由于两个原因，MoS2电极材料循环稳定性差，速率性能差。第一，相邻的SMoS层沿c方向的低电导率影响电子/离子转移能力；第二，在放电电压低于0.5V时，MoS2基负极材料的多硫化物效应导致电极严重粉化[15，16]。
为了克服这些障碍，人们致力于制备MoS2/碳复合材料，例如将MoS2与石墨烯、碳纳米管和非晶多孔碳的导电材料杂交[819]。Stephenson及其合作者详细阐述了用于LIB的MoS2基负极材料的合成微观结构电化学性能关系[12]。Jiang和他的团队成员制备了2D MoS2碳交叠超结构，并研究了单层碳与MoS2纳米片之间的协同效应，显著提高了Li+的存储能力[15]。group和Wang报道了一种由碳布支撑的新型层状结构MoS2，由于碳布作为有效的导电通道发挥了重要作用，因此表现出优异的电化学性能[19，20]。众所周知，以MoS2为基础的负极材料放电到0V转换为LiS电池系统。在已经发表的文献中，用于稳定MoS2的碳质材料可以缓解MoS2在充放电循环过程中的粉化[11,2124]。然而，对于MoS2基负极材料在不同电化学窗口下的电化学性能还没有深入研究。
所以本篇论文主要以锂离子电池的负极材料为研究的对象，进行深入地探索。
1.2锂离子电池
1.2.1锂离子电池的简介
锂离子电池是一种采用锂元素材料作为电极的二次电池。该电池依靠锂离子在正负极之间来回移动，实现Li+在电极之间嵌入与脱出。充电时，锂离子从正极脱出，而后经由电解质，嵌入到负极，此时负极处于富锂状态；放电时，锂离子则由负极脱出，经电解质嵌入正极，正极处于富锂状态。由于锂离子电池有着较高的能量和环保性能，使之成为现代高性能电池的代表之一。
锂离子电池是20世纪研发出来的新型高能电池。20世纪60年代未，贝尔实验室的Broadhead 等最早开始“电化学嵌人反应”方面的研究。20世纪70年代初，Exxon公司设计了锂金属为负极、TiS2为正极的二次电池。20世纪70年代末，贝尔实验室发现金属氧化物能够提供更大的容量及更高的电压平台，从而金属氧化物开始被研究。20 世纪80年代，Goodenough等先后研究发现了LixCoO2和LixNiO2等层状材料的电化学价值，以及尖晶石锰酸锂作为电极材料的优良性能。20世纪80年代末，加拿大Moli能源公司把Li/MoS2二次电池推向市场，第一块商品化锂二次电池由此诞生。20世纪90年代，日本SONY公司发明了以碳基为负板、含锂的化合物为正极的锂二次电池，并最早实现产业化生产。1993年，美国Bellcore电讯公司首次采用PVDF工艺制造聚合物锂离子电池(PLIB)。而锂离子电池和聚合物锂电池作为第三代动力电池，其能量密度高于铅酸蓄电池和NiMH电池，而PLIB的质量比能量高达200w h.kg1，有足够的优势，如果能解决安全问题，它将是最有竞争力的动力电池。
1.2.2锂离子电池的优点
①能量密度高，即同质量或体积的锂离子电池提供的能量比其他电池高。锂离子电池的质量比能量一般在100~170W h kg1 之间，体积比容量在270~460W h L1之间，均为镍镉电池、镍氢电池的2~3倍。因此，同容量的电池，锂离子电池要轻很多，体积要小很多。
②电压高。因为采用了非水有机溶剂，其电压是其他电池的2~3倍。这也是它能是密度高的重要原因。
③自放电率低。自放电率又称电荷保持率，是指电池放置不用自动放电的多少。锂离子电池的自放电率为3%~9%，镍镉电池为25%~30%，镍氢电池为30%~35%。因此，同样环境下锂离子电池保持电荷的时间长。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/22.html
