锂离子电池二硫化钼基负极材料研究进展

锂离子电池以其便携、无记忆效应、循环寿命长等特点广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。负极材料的改进是制备新型高性能锂离子电池的重要环节。具有类石墨烯结构的二硫化钼是极具发展潜力的锂离子电池用负极材料。但纯二硫化钼导电性差、充放电过程中体积膨胀率高,导致其可逆容量低、容量保持率差。复合化与纳米化是解决上述问题的有效途径。综述了近年来用于锂离子电池负极材料的二硫化钼基复合材料研究进展,重点介绍了二硫化钼/碳和二硫化钼/过渡金属化合物体系的形貌特征、比容量、循环稳定性等,并对二硫化钼基负极材料的发展趋势进行了展望。     

MoS_2/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其性能

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰的氧化石墨烯(GO)为载体,钼酸钠(Na_2MoO_4)、硫脲[CS(NH_2)_2]作为前体,采用溶剂热合成方法制得石墨烯基硫化钼(MoS_2)复合材料,通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对材料的结构和形貌进行表征,并对材料作电化学性能测试。结果表明:石墨烯作为载体可以阻止MoS_2片层的团聚,使电解液与活性物质充分接触,进而提高活性物质的利用率。MoS_2/石墨烯作为锂离子电池负极材料表现出良好的可逆比容量(约800m A·h/g,循环50次)和优异的倍率性能。     

沥青炭填充提高SnO_2/还原氧化石墨烯负极材料Coulomb效率及储钠性能

SnO_2的储钠理论容量高,是很有前景的储钠材料,石墨烯导电性和力学性能良好,是理想的电极材料辅助材料。然而与石墨烯复合后获得的SnO_2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料比表面积大,首次Coulomb效率低,影响了材料的规模应用。采用水热法,原位合成了SnO_2/RGO复合材料,并成功填充沥青炭制备了C/SnO_2/RGO复合材料。结果表明:C/SnO_2/RGO复合材料中SnO_2均匀分布在RGO结构中,晶粒尺寸约6 nm;沥青炭填充后的C/SnO_2/RGO首次Coulomb效率显著提高,比SnO_2/RGO提高近25%;100次循环以后SnO_2/RGO和C/SnO_2/RGO复合材料容量保持分别为442.1和479.8 m A·h/g;沥青炭的加入使得循环稳定性显著增加,材料的阻抗得到了大幅度改善,增加了SnO_2粒子、RGO以及沥青炭之间的电子以及离子传导性。     

沥青炭填充提高SnO2/还原氧化石墨烯负极材料Coulomb效率及储钠性能EI北大核心CSCD

SnO2的储钠理论容量高,是很有前景的储钠材料,石墨烯导电性和力学性能良好,是理想的电极材料辅助材料。然而与石墨烯复合后获得的SnO2/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料比表面积大,首次Coulomb效率低,影响了材料的规模应用。采用水热法,原位合成了SnO2/RGO复合材料,并成功填充沥青炭制备了C/SnO2/RGO复合材料。结果表明:C/SnO2/RGO复合材料中SnO2均匀分布在RGO结构中,晶粒尺寸约6 nm;沥青炭填充后的C/SnO2/RGO首次Coulomb效率显著提高,比SnO2/RGO提高近25%;100次循环以后SnO2/RGO和C/SnO2/RGO复合材料容量保持分别为442.1和479.8 m A·h/g;沥青炭的加入使得循环稳定性显著增加,材料的阻抗得到了大幅度改善,增加了SnO2粒子、RGO以及沥青炭之间的电子以及离子传导性。     

花状SnSe0.5S0.5@N-C复合材料的制备及其在钠离子电池中的应用

为了设计具有高容量和循环稳定性的钠离子电池负极材料,合成了有序花状SnSe,在其表面进行氮碳掺杂,并进一步硫化,得到有序花状SnSe0.5S0.5@N-C复合材料.采用SEM、TEM、XRD、XPS对复合材料的结构和形貌进行了表征,并将其作为钠离子电池负极进行了性能测试.结果表明,当SnSe0.5S0.5@N-C作为钠离子电池负极时,表现出较高的可逆容量和优异的循环性能.在0.2 A/g电流密度下,复合材料在循环100圈后的可逆比容量仍可高达430.7 mA·h/g.     

CNT@SnO_2@C纳米复合物的制备及其储锂性能

为改善锂离子电池负极循环性能,提高其安全性和稳定性,制备了氧化锡-碳锂离子电池负极材料。以有机聚合物碳纳米管(PNT)为前驱物骨架、沸石咪唑骨架材料-8(ZIF-8)为碳基修饰材料、纳米片状氧化锡为主体材料,合成出一种CNT@SnO_2@C纳米复合物,该材料的比表面积为125. 6 m~2/g。在作为锂离子电池负极材料应用时,2 A/g电流密度下循环600次,容量依然可以保持在878 mAh/g,具备优异的高比容量和持久的循环性能。     

石墨烯负载纳米SnO2复合材料制备及其电化学性能

采用水热方法制备了纳米金属氧化物SnO_2/石墨烯(RGO)复合材料,同时用相同工艺制备了纯SnO_2与纯RGO作为对比。SnO_2/RGO复合材料中SnO_2均匀分布在RGO结构中,晶粒尺寸约为5 nm,与合成的单相SnO_2相比晶粒尺寸显著减小。电化学性能测试表明,RGO、SnO_2和SnO2/RGO的首次可逆容量分别为339.3、862.7和1 054.2 m A·h/g,50次循环后容量分别为198.5、306.2和977.8 m A·h/g。SnO_2/RGO复合材料的可逆容量和循环稳定性比纯RGO和SnO_2有显著增加。电化学性能的提高归因于RGO的加入显著减小SnO2尺寸,提高了材料导电性,同时有效阻止了SnO_2团聚。     

磷掺杂二硫化钼在锌离子电池中的应用

通过水热法合成磷掺杂二硫化钼纳米球,并研究其在锌离子电池中的应用。P-MoS_2纳米球中MoS_2的层间距为0.92nm。增大的层间距有利于Zn~(2+)的扩散。此外,P掺杂提高了MoS_2的导电性和结构稳定性。基于以上优点,在1.0A/g的电流密度下,Zn//P-MoS_2电池具有108.2m Ah/g的高放电比容量,经过500次循环后容量保持率仍然有82.0%。此外,库仑效率在整个循环过程中都接近100%。     

钛基复合材料用于钠离子电池负极的长循环性能研究

钠离子电池（SIBs）是一种可替代锂离子电池的绿色清洁能源。由于TiO₂具有化学稳定性好和廉价易得的优点,被作为一种优异的插入式负极材料广泛应用于钠离子电池。通过溶胶-凝胶法合成TiO₂@MWCNTs纳米复合材料,并利用X射线衍射、透射电子显微镜和扫描电子显微镜对复合材料的晶体结构和形貌进行表征。以TiO₂@MWCNTs纳米材料为负极组装钠离子电池,并对其电化学性能进行测试。在0.1 A/g电流密度下,该电池的初始放电容量可达477 mA·h/g,在循环1 000圈以后,放电容量仍然可以保持在181 mA·h/g,呈现出优异的长循环性能。     

NiCo2S4/N,S-rGO纳米复合材料的制备和电化学储钠性能

NiCo₂S₄是一种极具发展前景的钠离子电池(SIBs)负极材料。采用简单的一步法(混合和热处理)原位合成了锚定在N、S共掺杂还原氧化石墨烯上的纳米颗粒自组装的NiCo₂S₄亚微米球(NiCo₂S₄/N,S-rGO)。XPS表明了NiCo₂S₄与N,S-rGO之间存在电子转移,证实了NiCo₂S₄与N,S-rGO之间强的协同作用。纳米粒子自组装的NiCo₂S₄亚微米球有效地促进了离子的扩散,N,S-rGO优异的电学和力学性能不仅提高了电极的导电性,而且有效地缓冲了充/放电过程中NiCo₂S₄/N,S-rGO的体积变化。NiCo₂S₄/N,S-rGO作为SIBs的负极材料呈现出高可逆容量,优越的倍率性能和长期稳定性(在电流密度为0.5 A/g时循环130次后仍保持了396.7 mA·h/g的高比容量。即使在电流密度为2 A/g时,经过1000次循环后比容量仍保持在283.3 mA·h/g)。研究结果为高效负极材料的设计和合成提供了新的思路。     

Fe3O4@TRGO的制备及储锂性能研究

本文采用Fe³⁺对氧化石墨烯(GO)进行交联所获得的产物进行热还原生成的热还原石墨烯包裹Fe₃O₄结构(Fe₃O₄@TRGO)。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试手段表征其的组成与形貌。并研究了Fe₃O₄@TRGO作为锂离子电池负极的储锂性能。热还原石墨烯在电池循环过程中抑制了Fe₃O₄的体积膨胀,其三维结构提高了电子传输速率。拥有良好的电化学性能(在0.1A/g电流密度下,循环120次后放电比容量为775.06mAh/g),且在大电流密度下也保持良好的性能(1A/g电流密度下循环110圈后容量为592.49mAh/g)。     

氮掺杂多孔炭负载Cu_2S复合材料的制备及其储锂性能研究

过渡金属硫化物因价格低、比容量高而被认为是一种潜在的锂离子电池负极材料,但不理想的电导率和巨大的体积膨胀阻碍了其实际应用。利用溶胶-凝胶热解吹制法成功地在氮掺杂多孔炭中嵌入Cu_2S纳米粒子(Cu_2S@NC)。Cu_2S@NC作为负极具有良好的循环稳定性和高可逆比容量。氮掺杂多孔炭骨架作为导电桥确保了良好的电子导电性,薄壁结构缩短了锂离子扩散路径,增加了电极离子导电性。测试结果表明,1 A/g循环500次后比容量为407.6 mAh/g,0.1 A/g循环100次后比容量为623.3 mAh/g。该合成路线有望为开发低成本、高性能的转化型金属硫化物负极材料提供一种新的解决方案。     

石墨烯/硅负极材料的制备及其电化学性能的研究

通过将亚微米硅与石墨烯进行原位还原复合(SG1)和机械混合(SG2)这2种方式制备了不同的石墨烯/硅复合锂离子电池负极材料。SEM结果显示,2种复合物中硅颗粒都被石墨烯片层所包夹,且分散均匀;充放电测试表明,这2种复合方式均使复合电极的首次容量损失大大减小,循环稳定性得到很大提高,其首次放电比容量分别为2 070.5mAh/g和1 534.2mAh/g,循环12次后均保持在1 000mAh/g以上;通过EIS阻抗谱对硅复合电极的导电性以及电极结构的初步研究,发现复合电极本身导电性以及材料的电接触性远优于纯硅,电极结构也相对稳定。     

二硫化钼复合导电碳作为高性能钠离子电池负极材料的研究

通过水热法制备出导电碳负载的二硫化钼纳米片（MoS2@C），显著改善了二硫化钼循环稳定性和倍率性能：在0.1 A/g电流密度下，循环100次后，可逆比容量依然高达466.3 mA·h/g，容量保持率达90.6%；在10 A/g的电流密度下，可逆比容量高达321.5 mA·h/g；在1A/g电流密度下长循环500次后，可逆比容量为313 mA·h/g，未发生衰减。这是因为二硫化钼以导电碳作为基底后，既可以提高电子和钠离子在复合材料中的扩散效率，又可以抑制二硫化钼的团聚，另外，小尺寸的二硫化钼可以缩短钠离子的传递路径，之间的空隙为二硫化钼体积的膨胀提供了空间。通过对两个电极的动力学分析，发现钠离子在MoS2@C内部具有更高的扩散效率，赝电容控制行为是MoS2@C电极具有优异倍率性能的主要原因。     

MnTiO_3/C复合材料的制备及其电化学性能研究

为提高锂离子电池负极材料循环稳定性和倍率性能,采用溶剂热和高温热处理方法制备了MnTiO_3/C锂离子电池负极材料。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)和恒电流循环充放电等测试方法对材料结构形貌、物相组成和电化学性能进行分析测试。TiO_2的加入和碳包覆提高了电池负极材料的循环稳定性,缓解了材料体积效应并增加了电导率。MnTiO_3/C复合材料在1 000 m A·g~(-1)的电流密度下充放电循环160次后放电比容量仍有466 m A·h·g~(-1),是一种具有良好应用前景的锂离子电池负极材料。     

锂离子电池负极材料石墨烯复合氧化铋的电化学性能研究

通过水热法制备Bi_2O_3-rGO复合物作为高性能锂离子电池负极材料。Bi_2O_3颗粒均匀分布在石墨烯片层中,形成网络结构。Bi_2O_3-rGO复合物负极材料表现出了优异的电化学性能,在100 m A/g的电流密度下,首次放电比容量为1 438.6 m A·h/g,循环100次后容量为312.1 m A·h/g,高于未包覆的Bi_2O_3粉末(首次放电比容量为1 709.6 m A·h/g,循环100次后容量为47 m A·h/g),且在800 m A/g的电流密度下,容量仍有239.1 m A·h/g。Bi_2O_3-rGO复合物优异的电化学性能主要归因于高的电子导电率、大的比表面积及低程度的结构坍塌。     

石墨烯/铁氧化物负极材料的原位制备及表征

传统的石墨负极已经不能满足锂离子电池对高能量密度的需求。采用电化学插层-剥离法得到的石墨烯对铁氧化物负极进行包覆改性,石墨烯表面被部分氧化,拥有类似于氧化石墨烯的功能性,可以和Fe~(3+)通过静电吸附完成表面自组装;而且其表面缺陷少、导电性良好,是制备这类复合材料极佳的备选材料;同时,探讨了不同制备条件对石墨烯堆叠效应的影响。结果表明,冷冻干燥可以一定程度上抑制石墨烯堆叠现象的发生,从而增强复合材料的电化学性能。该负极材料在1 A/g的大电流密度下经过350次长循环后仍能保持603 mAh/g的比容量,远高于现在的石墨负极(372 mAh/g),具有优异的循环稳定性。     

二硫化钼/碳中空微球的制备及其电化学性能

采用溶胶–凝胶法制备粒径均一的SiO_2微球,并以其作为牺牲模板,通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的连接作用在SiO_2微球表面生长MoS_2和碳(C),借助碱液刻蚀去除二氧化硅微球模板制备了二硫化钼/碳中空微球材料,对产物进行了表征,并将产物制备成电极材料进行恒流充放电、倍率性能、循环伏安、交流阻抗测试。结果表明:所制备的MoS_2/C中空微球尺寸为200~300 nm,其表面包裹着花瓣状的MoS_2片层和无定形态的碳;作为锂电池负极材料,在100 m A/g电流密度下,首次充放电容量超过1 400 m A·h/g,60次循环后,电容量仍可以保持在460 m A·h/g左右。     

氧化锰薄膜的制备及其电化学性能

采用简单的水热法制备了锰氧化物薄膜前驱体,并结合后期热还原处理制备了基于镍基底的氧化锰薄膜材料,将其作为锂离子电池负极材料,研究其电化学性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征了样品的成分、形貌和结构。通过充放电测试和循环伏安等方法对材料的电化学性能做了测试。由于纳米结构的活性物质直接生长在导电性基底上,该氧化锰薄膜材料具有较高的放电比容量(0.2C放电比容量为684 m A·h/g),优越的倍率性能(5C和20C下放电比容量分别为450 m A·h/g和174 m A·h/g)和良好的循环性能,在0.5C下经过60次循环,其放电比容量仍保持在470 m A·h/g。实验结果表明,该方法合成的氧化锰纳米结构薄膜是一种很有前景的锂离子电池负极材料。     

一步水热法制备二氧化钛纳米线-还原氧化石墨烯复合材料及其超级电容器性能研究

通过Hummers制备出氧化石墨烯(GO),以Ti O2纳米颗粒(Ti O2NPs)和GO为原料,在Na OH碱性条件下进行水热反应,一步合成Ti O2纳米线-还原氧化石墨烯(Ti O2NWs-RGO)复合材料。研究了Ti O2NPs和GO的质量比对Ti O2NWs-RGO复合材料电容性能的影响。形貌和结构表征(SEM和XRD)结果表明,通过水热反应,Ti O2NPs转化为Ti O2NWs,GO被还原为RGO。电化学电容性能测试(CV、GCD、交流阻抗测试和循环稳定性测试)结果表明,在电流密度为1 A/g时,Ti O2NWs-RGO复合材料的比电容达到210 F/g,经过1 000次循环后,比容量仍保留最初的84. 93%,表现出优异的循环稳定性,是一种性能优异的超级电容器电极材料。