多级微球结构二硫化钼/碳的制备及储锂性性能研究

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锂离子电池已经被广泛的应用于便携式电子设备,由于其较高的能量密度,长的循环寿命以及环境友好的优点,使其成为电动汽车以及混合动力汽车非常有吸引力的一种储能装置。为了满足这些新的应用,锂离子电池研究的主要方向仍然是提高能量密度、功率及循环寿命。最有效的方法就是研发电化学性能优良的电极材料。MoS2拥有类似于石墨的层状结构,S-Mo-S的三明治层通过微弱的范德华力连接,层间距约为0.62 nm,远远大于石墨的0.34 nm,更大的层间距使其可以更多的储存Li+,理论比容量更高。MoS2材料最大的缺陷是巨大的体积膨胀会导致电极的粉化以及电极材料与集流体脱离,导致MoS2循环性能比较差,从而限制了在锂离子储能方向的应用。本文我们通过合成多级球形MoS2/C复合材料,大大改善了MoS2的电化学性能。具体包括以下几个方面:  以单分散的磺化聚苯乙烯(SPS)微球同时兼任模板牺牲层和碳源,合成了中心为多孔碳的多级空心 C@MoS2复合材料。制备过程分为两步:首先通过水热反应在SPS表面生长MoS2得到SPS@MoS2前驱体,然后通过煅烧除去前驱体SPS,同时残留的多孔碳留在复合材料的中心。复合材料应用在锂离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能,在电流100 mA g-1的循环测试中100圈后容量保持率达到95%,而且5 A的电流密度下,比容量仍然可以保持在560 mAh g-1。  利用表面活性剂PVP作为结构导向剂,通过水热法合成多级球形MoS2材料,通过煅烧去除PVP,残留的碳吸附在MoS2表面,形成了均匀的多级球形MoS2/C复合材料。添加0.8 g PVP合成的复合材料表现出了卓越的电化学性能,100圈后比容量保持在805 mAh g-1,当电流密度达到5 A g-1时,比容量仍然能保持在700 mAh g-1,容量保持率可以达到78.6%。  添加不同碳源利用喷雾干燥的方法合成MoS2/C复合材料的前驱体,将前驱体在Ar气氛中煅烧,最终合成了空心球型MoS2/C复合材料。喷雾干燥得到的MoS2/C复合材料的电性能相比Bulk MoS2有明显改善,但是前50圈容量衰减很快,改善材料的循环性能是这种方法的重点和难点。
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