硫化鉬多孔三維自支撐負極的構築及其儲鋰性能

《硫化鉬多孔三維自支撐負極的構築及其儲鋰性能》是依託蘇州大學，由陳煜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：硫化鉬多孔三維自支撐負極的構築及其儲鋰性能
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳煜
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

鋰離子電池具備較高的能量密度和較長的使用壽命，是便攜電子設備和電動汽車的關鍵元件，相關研究已成為儲能領域的重要前沿。負極是鋰離子電池儲鋰的重要部件，可以通過選擇新型負極材料和改進負極結構設計兩方面來解決負極電化學容量不高這一核心科學問題，本申請針對現有新型負極材料在充放電過程中體積變化過大、負極結構中含無容量添加劑的問題，提出了利用硫化鉬納米片構建多孔三維自支撐負極體系的研究思路。擬在硫化鉬納米片表面修飾聚合物層，作為防止納米片團聚的分隔物、孔洞結構的犧牲模板、以及碳層的前驅物，並通過合理的乾燥燒結過程得到硫化鉬多孔三維自支撐負極。擬利用硫化鉬電化學容量高、充放電時體積變化較小，納米片鋰離子擴散距離短、比表面積出眾，以及三維自支撐結構無需添加劑、微觀巨觀形貌均可控的優點，通過控制納米片尺寸、聚合反應條件、及乾燥燒結過程，精確調控孔洞結構，發展高容量、高倍率且循環穩定的鋰離子電池負極體系。

結題摘要

針對鋰離子電池負極容量不高、循環穩定性不佳的問題，本課題通過聚合物犧牲模板法，利用硫化鉬納米片構築巨觀多孔三維自支撐電極，通過調控構成部件硫化鉬納米片和構建方法聚合物犧牲模板法，實現了該電極結構的可控制備，得到了高容量、循環穩定的鋰離子電池負極體系。考察了反應原料比例、濃度、反應溫度和時間長度等反應條件，實現了硫化鉬納米片的可控制備，並通過硫化鉬納米片製備過程中反應條件對最終形貌的影響，總結了大片硫化鉬納米片的形成條件及其形成機理。利用三聚氰胺、甲醛對硫化鉬納米片進行表面修飾，通過縮聚反應製備聚合物-硫化鉬納米片，最後通過乾燥-燒結成功製備了多孔三維自支撐硫化鉬電極結構。並通過調控聚合物模板與硫化鉬的比例，同時調控反應條件，成功調控了多孔三維自支撐電極的孔洞結構，並對其電化學性能進行了比較。在此基礎上，成功總結了一套使用聚合物犧牲模板法，利用納米片製備多孔三維自支撐結構的標準化工藝，並成功地將該方法利用到氧化石墨烯等納米片材料上，並通過在其表面修飾超小金屬納米顆粒增強贗電容存儲，成功製備了一系列高容量、循環穩定的多孔三維自支撐電極。在對於該電極體系的電化學性能測試過程中，成功實現了X光衍射、拉曼光譜、X射線光電子能譜分析、電化學阻抗譜等一系列原位、非原位的表征手段，對電極體系在充放電過程中的變化進行了系統的研究。同時，實現了對多孔三維自支撐負極材料的動力學測試以及計算，實現了該電極體系在充放電過程中電荷轉移的定量計算。上述結果對未來鋰離子電池高性能負極材料的設計、合成、表征和套用有著重要的理論和實踐意義，也為其他電極材料的研究提供了新思路。通過本項目的實施共發表SCI論文10篇，包括發表在一些高水平期刊上，如Advanced Materials（通訊作者）， Advanced Functional Materials（通訊作者），Small（通訊作者）等。