三维多孔自支撑过渡金属硫化物的制备及其储能的研究

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1、分类号:TB310710-2015231003专业硕士学位论文三维多孔自支撑过渡金属硫化物的制备及其储能的研究刘攀导师姓名职称樊小勇教授专业学位类别申请学位类别硕士材料工程及领域名称论文提交日期2018年5月7日论文答辩日期2018年6月6日学位授予单位长安大学PreparationandEnergyStoragePropertiesofThree-dimensionalPorousSelf-supportedTransitionMetalSulfidesAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuPanSupervisor：Pr

2、o.FanXiaoyongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要过渡金属硫化物具有高比容量、易制备、成本低廉和环境友好等优点，在电化学储能电池领域显示出广阔的应用前景。然而，过渡金属硫化物在电化学循环过程中体积变化大，造成其循环寿命和高倍率容量差，严重阻碍了其在电化学储能领域中的应用。研究发现，通过设计特殊形貌的纳米材料，可以有效提高材料的电化学性能。本论文构筑了三维多孔自支撑过渡金属硫化物（MoS2和Ni3S2）电极，该结构不仅提升了锂/钠离子扩散速率，且缓解硫化物在充放电过程中的体积变化。电化学测试结果表明，该类电极具有高比容量、长循环寿命和优异的倍率性

3、能。主要研究内容如下：（1）三维多孔自支撑MoS2电极的电化学构筑及其储锂/钠性能。以三维多孔铜为基底，采用电沉积结合随后高温热处理的方法获得了三维多孔自支撑MoS2电极，考察了其作为锂/钠离子电池负极的电化学性能。首先，考察了电沉积电流密度和随后热处理温度对三维多孔自支撑MoS-22电极储锂性能的影响。结果显示，以6.2mAcm电流密度电沉积结合350℃热处理得到的三维多孔自支撑MoS2电极具有最佳的储锂性能。其在200mAg-1的电流密度下，首次可逆比容量高达1296.3mAhg-1，对应的首次库伦效率为87%；且经过400次循环后仍能保持1228.7mAhg-1高比容量。在32

4、00mAg-1大电流密度下仍显示高达868.9mAhg-1的比容量，是在50mAg-1电流密度下比容量的61%。然后，考察了热处理温度对三维多孔自支撑MoS2电极储钠性能的影响。结果显示，同样是以350℃热处理得到的三维多孔自支撑MoS-12电极具有最佳的储钠性能。在50mAg电流密度下循环，首次可逆比容量高达714.1mAhg-1，对应的首次库伦效率为84%，且在2Ag-1大电流密度下循环100次后仍能保持306.8mAhg-1高比容量。其在3200mAg-1大电流密度下仍保持286.2mAhg-1的比容量，是在50mAg-1电流密度下比容量的37%。三维多孔自支撑MoS2电极的优

5、异电化学性能可归因于其独特的微纳结构：三维多孔结构不仅可缓解体积膨胀/收缩及其产生的应力，且可提供快速的锂/钠离子传输通道。（2）三维多孔自支撑Ni3S2电极及其储钠性能：以三维多孔泡沫镍为基底，采用一步水热法制备三维多孔自支撑Ni3S2电极，考察了其作为钠离子电池负极的电化学性能。重点研究了不同反应物浓度对三维多孔自支撑Ni3S2电极的电化学性能的影响。当反应物浓度为中浓度(0.0025M)时，其表现出最佳循环寿命，在100mAg-1电流密度下循环120次，保持307.4mAhg-1的可逆比容量，容量保持率为78%。三维多孔自支撑Ni3S2电极优异的电化学性能同样可归因于其独特的微

6、纳结构：三维多孔结构大的表面积增加I了电解液与活性材料的接触面积，有效的缓解了Ni3S2在电化学循环过程中巨大体积变化，减缓了活性材料粉化速率。关键词：MoS2，Ni2S3，锂离子电池，钠离子电池，三维多孔自支撑IIAbstractTransitionmetalsulfidesshowapotentialapplicationinelectrochemicalenergystoragebatteryfieldsduetotheirhighspecificcapacity,easypreparation,lowcostandfriendlyenvironment.However,tra

7、nsitionmetalsulfidessufferlargevolumetricchangesduringrepeatedelectrochemicalcycling,leadingtopoorcyclabilityandhigh-ratecapacities,whichseriouslyhinderstheirlarge-scaleapllication.Itisfoundthattheelectrochemicalperformanceofelect