二硫化鈷與石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰電池因具有高能量密度、長循環(huán)壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已獲得廣泛的應(yīng)用。但是，隨著電子器件向小型化、輕量化方向發(fā)展，對鋰離子電池的正、負(fù)極材料的比容量、循環(huán)壽命、倍率特性等要求越來越高。因此，新型、高性能的鋰離子正、負(fù)極材料的開發(fā)或?qū)ΜF(xiàn)有正、負(fù)極材料的改性成為當(dāng)前儲能領(lǐng)域研究的國際前沿。本論文以新型負(fù)極材料CoS2的合成與改性為研究對象，首先研究了負(fù)極材料 CoS2的合成工藝，然后研究了石墨烯對CoS2的包覆改性，進(jìn)一步研究了三維多孔結(jié)構(gòu)

2、二硫化鈷/石墨烯的制備及電化學(xué)性能，最后制備了自支撐的二硫化鈷/石墨烯復(fù)合負(fù)極并研究了其電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　1.研究了二硫化鈷/石墨烯（CoS2/G，CG）、二硫化鈷/碳納米管/石墨烯（CoS2/CNTs/G，CCG）粉末負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明：通過水熱法可以制備石墨烯均勻包覆的CG復(fù)合負(fù)極材料，與未包覆石墨烯的CoS2粉末負(fù)極相比，包覆石墨烯后的CG粉末負(fù)極材料的電化學(xué)性能得到顯著的提升：

3、在100 mA g-1下循環(huán)50次后，放電比容量為237 mAh g-1（遠(yuǎn)高于無石墨烯包覆的CoS2粉末的88.9 mAh g-1），在2000 mA g-1下，放電比容量為98 mAh g-1，這主要是由于石墨烯有效提高了其電導(dǎo)率并抑制了充放電過程中的體積變化；引入碳納米管后得到的CoS2/CNTs/G（CCG）粉末負(fù)極材料的性能得到進(jìn)一步提升：在100 mA g-1下循環(huán)50次后的放電比容量為364 mAh g-1，在2000 m

4、A g-1下，放電比容量為212 mAh g-1，這主要是由于引入碳納米管后進(jìn)一步增強(qiáng)了導(dǎo)電性并防止了石墨烯的再次堆積，同時進(jìn)一步抑制了CoS2的體積變化，從而進(jìn)一步提升其電化學(xué)性能。
　　2.研究了三維二硫化鈷/石墨烯（3DCG）負(fù)極材料、三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯（3DCCG）負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能。研究表明，3DCG具有優(yōu)異的電化學(xué)性能：在100 mA g-1電流充放電下，循環(huán)50次后的比容量為822 mAh g-1

5、，在2000 mA g-1下比容量為428 mAh g-1；進(jìn)一步引入CNT后的三維二硫化鈷/碳納米管/石墨烯（3DCCG），100 mA g-1電流充放電下，50次循環(huán)放電比容量保持為859 mAh g-1。與CG、CCG粉末負(fù)極相比，3DCG與3DCCG負(fù)極材料性能有較大提升。這主要是因?yàn)槿S石墨烯結(jié)構(gòu)可以增大比表面積、提供良好的導(dǎo)電性、抑制 CoS2體積變化、保持結(jié)構(gòu)完整，同時增加電極浸潤性并縮短鋰離子擴(kuò)散距離。這表明基于石墨烯的

6、三維多孔導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，能有效提高電化學(xué)性能。
　　3.研制了具有極高整體電極比容量的二硫化鈷/石墨烯泡沫（C/3DGF）自支撐負(fù)極。研究表明：以CVD制備的三維泡沫石墨烯（3DGF）為導(dǎo)電模板，采用水熱法可直接在3DGF上原位生長CoS2納米顆粒，從而制備出C/3DGF自支撐負(fù)極；該自支撐負(fù)極最大的優(yōu)點(diǎn)是可省去集流極（銅箔）、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，從而可大幅度減小電池總質(zhì)量；該C/3DGF的整體電極比容量為93 mAh g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本文