论文部分内容阅读
21世纪以来,经济的发展和社会的进步不断增大了人们对能源的需求量。锂离子电池具有质量轻、体积小、电压高、比能量高、工作温度范围宽、比功率大、放电平稳、储存时间长、无记忆效应、无污染等优点而被广泛应用。而锂离子的成功推广在很大程度上取决于具有优秀储锂性质的纳米材料的制备。但是目前锂离子电池理论比容量低、体积效应严重、循环性能较差等缺点限制了其商业化应用。而当前解决这一问题的有效方法是增加电极基底的导电性能。本文采用水热法制备了过渡金属氧化物及硫化物/三维大孔石墨烯复合材料,将其应用于锂离子电池的负极材料,探究了它们的储锂性能。具体研究内容包括以下三个方面:(1)利用乙酸钴作为钴源,氢氧化锂作为沉淀剂,水作为溶剂,三维大孔石墨烯作为载体,采用简单的搅拌和高温煅烧,制备了 CoO/三维大孔石墨烯复合材料,将其直接应用于锂离子电池的负极材料。利用扫描电化学显微镜(SEM)、透射电化学显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对CoO/三维大孔石墨烯复合材料进行了表征。电化学表征测试表明,设计的锂电池在电流密度为100mAg-1,循环充放电100圈时电容量基本维持在1160mAhg-1,具有良好的循环稳定性和极佳的可逆性。当电流密度增大到4800 mAg-1时,其电容量保持在200 mAh g-1,展现出好的倍率性能。(2)采用简单的水热法,以硝酸铋作为铋源,以硫脲作为硫源,偏苯三甲酸作为粘结剂,十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,二次蒸馏水作为溶剂,三维大孔石墨烯作为载体,制备了海胆状硫化铋(Bi2S3)/三维大孔石墨烯复合物材料,将其应用于锂离子电池的负极材料。SEM、TEM、XRD等表征手段表明,所制备的硫化铋形貌均一,成功均匀负载于三维大孔石墨烯结构中。电化学表征测试表明,Bi2S3/三维大孔石墨烯复合材料相比单独的Bi2S3材料,显著提高了锂电池的循环性能。Bi2S3/三维大孔石墨烯在200mAg-1的电流密度下,首次放电比容量达到469 mAh g-1,随后稳定在415 mAh g-1。相比于Bi2S3基于的锂电池,Bi2S3/三维大孔石墨烯制备的锂电池比容量提升了 72.9%,其电化学性能有了明显的提高。(3)通过调控水热法合成条件,合成了三维二硫化钼微球,进而碳材料进行复合,一步法制备二硫化钼(MoS2)/三维大孔石墨烯复合材料,得了一种理想的锂离子电池负极复合材料。利用SEM、TEM、XRD和XPS对MoS2/三维大孔石墨烯复合材料进行了表征。通过将二硫化钼的高容量与石墨烯良好的结构稳定性有效相结合,既增强二硫化钼单一材料的循环性能和导电性,又提高单一碳材料的理论容量。电化学性能测试表面,在5.0 Ag-1电流密度下恒定电流充放电1000圈,MoS2/三维大孔石墨烯复合材料保持了较高的比容量(215 mAh g-1),展现出好的倍率性能和循环稳定性。