摘要
二硫化钼具有典型的类石墨烯层状结构，理论比容量高达670mAh/g，是极具发展潜力的锂离子电池负极材料之一。目前纯MoS2电极材料的电化学循环稳定性差，循环充放电20次后放电比容量多降至300mAh/g以下，无法满足锂电池要求。本论文从纳米化和复合化两方面入手，采用强化水热法制备出比容量高、循环稳定性好的MoS2负极材料，利用XRD、EDS等分析了粉体的物相和成分，利用XPS分析了材料表面元素种类及价态，利用SEM、FESEM等分析了粉体的形貌，运用恒流充放电测试、循环伏安等测试了粉体组装为电池后的电化学性能，论文工作对于促进MoS2电极在大容量、长寿命新型锂离子电池中的实际应用具有重要意义。论文的主要研究内容和结果如下： 1.以硫脲为硫源，分别以钼酸钠和钼酸铵为钼源，制备出片状和球状MoS2。确定了这两种钼源在水热体系中分别以MoO42-和MoO3的形式存在。通过添加不同种类及含量的表面活性剂，有效调控片状MoS2的团簇生长方式。电化学测试结果表明，在本强化水热体系中制备的纳米片状MoS2首周放电比容量为683.0mAh/g，循环20圈以后均降到300mAh/g以下，仍具有较差的循环稳定性。而球状MoS2具有更佳的充放电循环性能，循环100圈后比容量仍高于400mAh/g。 2.以钼酸铵为钼源，硫脲为硫源，利用强化水热法制备了近球形二硫化钼粉体材料，考察了Mo与S的摩尔比、水热时间、水热温度、表面活性剂（PVP）的添加量等工艺条件对粉体形貌尺寸及收率的影响。得出了最佳的工艺参数：添加0.66g钼酸铵，1.42g硫脲，0.18gPVP，80mL蒸馏水，置于微型磁力搅拌高压釜中，在200℃下水热反应7h，搅拌速度为400r/min时，可以得到粒度分布在100~300nm的近球形MoS2。电化学测试结果表明，在500mA/g电流密度下该负极材料的初始嵌锂比容量为874.7mAh/g，循环充放电100次后的比容量达465.8mAh/g，容量保持率为53.3%。该粉体经过500℃退火处理2h后，在500mA/g电流密度下的初始嵌锂比容量为686.3mAh/g，循环充放电100次后的比容量为571.3mAh/g，容量保持率为83.2%，退火可以使循环稳定性进一步增强。在电流密度分别为0.1，0.2，0.5，1.0和2.0A/g的条件下，退火后的MoS2电极材料可逆容量分别为596，551，481，420和361mAh/g，此外，当循环50次后电流密度回归到100mA/g，其可逆容量随之回升到562mAh/g，可逆容量保持率约为94%，倍率性能较好。 3.在合成近球形纯二硫化钼的基础上，以葡萄糖为碳源，制备出MoS2@C复合粉体，呈现出以MoS2为核，以无定型碳为壳的包覆结构，其中MoS2的平均粒度约为50nm，碳胶束的包覆厚度约为30nm。该复合材料在500mA/g电流密度下首次放电比容量可达705.2mAh/g，循环100次后的比容量达625.7mAh/g。该复合材料与球状纯MoS2相比，碳胶束的存在使MoS2的结构稳定性提高，导电性增强，因此材料的循环稳定性大大提高，容量保持率超过80%。该复合粉体经过500℃退火处理2h后，在500mA/g电流密度下的初始嵌锂比容量为577.2mAh/g，循环充放电到第28次时，放电比容量降到474.5mAh/g，容量保持率为82.2%，但循环29圈以后出现比容量逐渐增大的现象，到第100圈后的比容量达582.3mAh/g，甚至超过了初始放电比容量。
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