金屬硫化物納米複合負極材料的可控構築及其性能研究

《金屬硫化物納米複合負極材料的可控構築及其性能研究》是依託蘇州大學，由邵傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬硫化物納米複合負極材料的可控構築及其性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邵傑
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

金屬硫化物由於其高比容量、自然資源豐富和價格便宜等優點而被認為是可能取代石墨負極材料的候選材料之一。然而，金屬硫化物的低電子電導率、充放電過程中較大的體積形變以及放電中間產物聚硫化鋰的溶解等缺點成為其套用的主要障礙。鑒於此，本項目擬開展(1)以高比表面積的金屬有機骨架(MOFs)作為前驅體製備結構可控的金屬硫化物-多孔碳複合材料。與傳統製備方法相比，該法製備的金屬硫化物能以更小的顆粒更均勻地分散在多孔碳骨架中，從而可大幅度提高活性物質的利用率及循環穩定性；(2)採取模板法製備中空金屬硫化物@聚吡咯雙殼微球複合材料。硫化物的中空結構可以有效縮短Li+擴散路徑並緩衝材料充放電過程中的體積形變，而導電的聚吡咯包覆層可以有效抑制聚硫化物的溶解。此工作的開展，不僅可提高金屬硫化物負極材料的可逆容量和循環穩定性，增加其實際套用的可能性，並為製備高性能金屬硫化物基負極材料提供一種新的製備方法和理論基礎。

結題摘要

由於其較高的能量密度，環境友好，循環壽命長等優點，鋰離子電池（LIBs）已經被廣泛地套用於攜帶型電子設備，而被認為是一種電動汽車和混合動力汽車的動力源。傳統的LIBs都是以石墨為負極，但因石墨較低的理論比容量（372 mA·h g-1）而不得不去尋找新的材料來代替石墨作為LIBs的負極材料。在許多石墨負極替代材料中，MoS2是最受歡迎的材料之一，具有類似石墨烯的層狀結構。這種二維層狀化合物（S-Mo-S）的層與層之間通過弱的范德華力相連，而具有約0.62 nm的層間距。將其作為負極時，MoS2與鋰離子發生轉換反應時伴隨著金屬鉬和Li2S的形成，從而表現出更高的容量。但是，MoS2在儲能時產生較大的體積變化，將造成其較差的循環穩定性和倍率性能。 鑒於此，本課題以改善MoS2基負極材料的電化學性能及開發新型高性能的儲能材料為研究目標，進行了如下幾個方面的研究工作：（1）聚電解質輔助法製備殼核結構C@MoS2複合材料。開發了一種普適的，環保的以聚電解質輔助的方法製備殼核結構的C@MoS2。（2）多級準中空結構的殼核MoS2/C微球的製備。以單分散的磺化聚苯乙烯微球（SPS）作為硬模板和碳源合成了均一的含碳的MoS2準中空微球。合成過程中主要包括MoS2的水熱生成和進一步煅燒，此時，SPS將衍生為部分碳。（3）3D交聯的多壁C@MoS2@C中空納米電纜的製備。通過最佳化電極材料的結構極大程度上改善了其電化學性能。在該3D結構的材料中，不會因為局部的結構破壞而嚴重影響整個電極導電性。（4）尺寸可控的C/MoS2球的製備。通過簡單地調節軟模板PVP的濃度，不僅可以調控C/MoS2球的尺寸，而且可以改變複合材料中的碳含量。（5）其它高性能LIBs負極材料的開發。除了詳細地研究了金屬硫化物基電極材料的準備及其構效關係，又進一步開發了一些基於氧化物（如Fe3O4和Co3O4）的高性能鋰離子電池負極材料。 作為電池負極時，這些得到的複合材料表現出了較好的電化學性能。這些製備材料的方法為製備更高容量、長循環壽命的電極材料提供一種新的途徑和方法，並提供重要的理論依據和實驗基礎。