纳米晶结构与石墨烯复合对二硫化钼电化学性能的影响

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1、硕士学位论文纳米晶结构与石墨烯复合对二硫化钼电化学性能的影响EFFECTSOFNANOCRYSTALLIZATIONANDGRAPHENEDOPINGONCHARGE-DISCHARGEPERFORMANCEOFMOS2贾政刚哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：621.355密级：公开工程硕士学位论文纳米晶结构与石墨烯复合对二硫化钼电化学性能的影响硕士研究生：贾政刚导师：张学习教授申请学位：工程硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.

2、9U.D.C:621.355DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEFFECTSOFNANOCRYSTALLIZATIONANDGRAPHENEDOPINGONCHARGE-DISCHARGEPERFORMANCEOFMOS2Candidate：ZhenggangJiaSupervisor：Prof.XuexiZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEng

3、ineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要锂离子电池系统使用的材料中，对负极材料的要求是充放电比容量大、循环稳定性好。二硫化钼(MoS-12)具有高达669mAh·g的理论比容量(是商用石墨负极材料的两倍)，受到了科研工作者的广泛关注；但是其结构畸变、导电性差和过硫基团的溶解等问题严重制约着二硫化钼负极材料的发展。本文通过透射电镜、恒电流充放电测试、电化学阻抗等分析测试手段，系统研究了二硫化钼及二硫化钼/石墨烯负极材料的制备工艺、组分提纯、纳米晶结构

4、与石墨烯复合对比容量、充放电循环稳定性等电化学性能的影响规律。在140-260℃水热合成温度下制备二硫化钼，发现二硫化钼(002)晶面的面间距与合成温度密切相关：当合成温度高于200℃时，所合成的二硫化钼纯度和产量较大，其(002)晶面的面间距保持在0.61nm。典型的，当合成温度为200℃时，其首次充放电性能高达1057mAh·g-1，但是当经过40圈循环后，其充放电性能下降至748mAh·g-1，容量损失高达29%。而当合成温度低于200℃时，所合成的二硫化钼的(002)晶面间距较大、二硫化钼的结晶程度较低，有利于锂离子的扩散。但是会产生三氧化钼(MoO3)杂质相，氨水提纯处理后有效地

5、去除了该杂质相。当合成温度为160℃时，获得了自由度为3、直径约2nm的纳米晶二硫化钼材料；由于边界上存在不饱和的硫原子，该二硫化钼材料具有良好的循环稳定性(40次循环后容量损失小于15%)和较高的充放电比容量(0.1A·g-1电流密度下，40次循环后放电比容量达826mAh·g-1)。为了进一步提高二硫化钼负极材料的导电性，利用水热合成的二硫化钼纳米晶材料与还原石墨烯的乙醇溶液，通过超声辅助法实现石墨烯的掺杂，制备了二硫化钼/石墨烯复合材料。发现当石墨烯质量分数分别为0%、10%、20%、30%、40%、60%、80%和100%时，二硫化钼/石墨烯负极材料电阻率分别为7.9×10-4、4

6、.5×10-4、2.5×10-4、1.6×10-4、9.0×10-5、5.0×10-5、2.0×10-5和8.5×10-6Ω·m。负极材料的电阻率随着石墨烯掺入量的增加而减少，在保证导电性和理论比容量均较好的条件下，最佳石墨烯质量分数为20%。另外，超声时间也影响二硫化钼/石墨烯复合材料的导电性：超声时间低于10min时，不利于二硫化钼颗粒的分散；而高于10min时会导致石墨烯片的破裂，不利于导电网络的形成。通过超声辅助法掺杂石墨烯所得的负极材料首次放电比容量为699mAh·g-1，首次充放电循环后的容量损失为11.5%，小于氨水处理后的二硫化钼(AAT-MoS-12)的12.5%，并能够

7、在1A·g电流密度下，稳定充放电循环150次。但是超声辅助法制备的二硫化钼/石墨烯复合材料并不能阻止在充放电过-I-摘要程中过硫基团的溶解，为此利用氧化石墨烯能够在高压水热釜中自组装的特点，通过水热法制备二硫化钼/石墨烯三维负极材料。该结构时由石墨烯作为骨架构成一个个较小的空间，而二硫化钼附着在其孔隙中，推测其形成过程为：二硫化钼纳米颗粒在石墨烯与水或者高温水滴的界面处形成，之后氧化石墨烯表面的化学键相互作用形成三维骨架