石墨烯/二硫化钼/二硫化锡复合负极电池材料的研究

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石墨烯(GNS)和二硫化钼(MoS2)因其独特的结构,具有众多优异的物理化学性质。基于两者在晶体结构和微观形貌上的比配性和电学性能上的互补性,将两者复合能够最大程度地显示二者之间的协同作用,大大提高电池负极材料的电化学性能。本文采用液相剥离法,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为分散剂,将体相石墨和MoS2剥离成片体结构得到GNS和MoS2样品。将两者按质量比1:3,1:6,1:10超声混合后得到GNS@MoS2-1/3、GNS@MoS2-1/6和GNS@MoS2-1/10三种样品,对以上样品进行XRD、SEM、TEM表征,并进行锂-钠离子电化学性能测试。结果表明GNS@MoS2复合材料显示了更优异的结构特点和电化学性能。其中GNS@MoS2-1/6材料显示了最高的可逆容量,电流密度为80mA/g时,经过100次循环后,锂离子电池的放电容量为582.5mAh/g,钠离子电池的放电容量为100mAh/g,展示了较好的循环稳定性和高倍率充放电性能。GNS@MoS2复合材料作为锂-钠离子电池负极材料优越的电化学性能归因与其稳定的复合结构和GNS与MoS2层状材料的协同作用。二硫化锡(SnS2)具有高的体积和质量比容量,具有良好的潜在应用前景。但是SnS2在充放电过程中存在着体积膨胀问题,这会导致电极材料的粉化和电化学接触的损失导致容量很快衰减。在GNS与MoS2层状材料上复合SnS2可以缓冲SnS2体积变化,改善电子和离子的电导率,优化其电化学性能。本文采用微波水热法,将三个不同比例的SnS2附着在GNS@MoS2-1/6样品上,对纯SnS2电极材料和三个不同比例复合的电极材料进行XRD、SEM、TEM表征,并进行锂-钠离子电化学性能测试。结果显示存在六方相SnS2,SnS2微粒均匀分布在GNS与MoS2片层结构上。电化学测试结果显示当GNS、MoS2和SnS2质量比为1:6:7时显示了最高的可逆容量。在电流密度为80mA/g下,经过100次循环后,锂离子电池的放电容量为743.8 mAh/g,钠离子电池的放电容量为173.2 mAh/g,也展示了较好的循环稳定性和高倍率充放电性能。相比与纯SnS2和GNS@MoS2-1/6电极材料都有了很大的提升。石墨烯和MoS2不仅提高了电极材料的导电性,SnS2纳米粒子均匀的附着在石墨烯和MoS2片状结构上,可有效容纳充放电过程中所造成的体积膨胀,从而提高复合材料的电化学性能。
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