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二硫化钼纳米粒子作为锂离子电池负极的电化学行为研究

汇报人:

2024-01-31

引言

实验材料与方法

二硫化钼纳米粒子物理性质表征

电化学行为研究

机理探讨与模型建立

结论与展望

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引言

能源危机与环境污染问题日益严重,发展高效、环保的能源存储与转换技术具有重要意义。

负极材料是锂离子电池的重要组成部分,其性能直接影响电池的整体性能。

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命等优点在电动汽车、智能电网等领域得到广泛应用。

二硫化钼纳米粒子作为一种新型负极材料,具有较高的理论比容量和良好的循环稳定性,有望成为下一代锂离子电池负极材料。

碳基负极材料

硅基负极材料

钛酸锂负极材料

新型负极材料

包括石墨、硬碳等,具有较低的嵌锂电位和较高的循环稳定性,但理论比容量较低。

具有较高的结构稳定性和较长的循环寿命,但比容量较低。

具有较高的理论比容量,但嵌锂过程中体积膨胀严重,导致循环稳定性较差。

包括合金类、氧化物、硫化物等,具有较高的比容量和较好的循环性能,是当前研究的热点。

高理论比容量

良好的循环稳定性

优异的导电性能

环保无污染

01

02

03

04

二硫化钼纳米粒子具有较高的理论比容量,有望提高锂离子电池的能量密度。

二硫化钼纳米粒子在嵌锂/脱锂过程中体积变化较小,有利于提高电池的循环稳定性。

二硫化钼纳米粒子具有良好的导电性能,有利于提高电池的倍率性能。

二硫化钼纳米粒子制备过程中无需使用有毒有害物质,对环境友好。

研究目的

探究二硫化钼纳米粒子作为锂离子电池负极的电化学行为,为其在锂离子电池中的应用提供理论依据。

研究内容

制备二硫化钼纳米粒子并对其进行表征;研究二硫化钼纳米粒子的电化学性能及储锂机制;探究二硫化钼纳米粒子与电解液之间的界面反应及其对电池性能的影响;优化二硫化钼纳米粒子的制备工艺和电池结构,提高其电化学性能。

02

实验材料与方法

01

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二硫化钼(MoS2)粉末

高纯度,用于制备纳米粒子。

碳黑

作为导电剂,提高电极的导电性能。

聚偏二氟乙烯(PVDF)

作为粘结剂,将活性物质和导电剂紧密粘结在集流体上。

电解液

含锂盐的有机溶剂,提供锂离子。

隔膜

防止正负极直接接触,同时允许锂离子通过。

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球磨法制备

将二硫化钼粉末与适量的溶剂、球磨珠一起放入球磨罐中,进行高能球磨,得到纳米级的二硫化钼粒子。

离心分离

将球磨后的混合物进行离心分离,去除大颗粒和杂质。

干燥处理

将离心后的纳米粒子放入真空干燥箱中干燥,去除残余溶剂。

在一定的电压范围内,对电池进行充放电循环,记录其充放电曲线和循环性能。

充放电测试

循环伏安测试

交流阻抗测试

倍率性能测试

通过循环伏安曲线,分析电极材料的氧化还原反应及可逆性。

测量电池在不同频率下的交流阻抗,分析电极材料的动力学特性。

在不同的充放电倍率下,测试电池的容量保持率和倍率性能。

03

二硫化钼纳米粒子物理性质表征

03

原子力显微镜(AFM)可用于测量二硫化钼纳米粒子的厚度和表面粗糙度等信息。

01

利用扫描电子显微镜(SEM)观察二硫化钼纳米粒子的微观形貌,了解其尺寸、形状和分散情况。

02

透射电子显微镜(TEM)进一步观察二硫化钼纳米粒子的内部结构,如层状结构、晶格条纹等。

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2

3

X射线衍射(XRD)是分析二硫化钼纳米粒子晶体结构的有效手段,可以确定其晶相、晶格常数和结晶度等参数。

拉曼光谱(Raman)可以提供二硫化钼纳米粒子中化学键的信息,进一步验证其晶体结构。

高分辨透射电子显微镜(HRTEM)结合选区电子衍射(SAED)技术,可以直观地观察二硫化钼纳米粒子的晶格排列和取向。

氮气吸附-脱附实验是测量二硫化钼纳米粒子比表面积和孔径分布的常用方法,可以得到其BET比表面积和BJH孔径分布曲线。

通过比较不同制备条件下二硫化钼纳米粒子的比表面积和孔径分布,可以优化制备工艺以获得更高的电化学性能。

X射线光电子能谱(XPS)可以分析二硫化钼纳米粒子表面的元素组成和化学状态,验证其化学成分。

傅里叶变换红外光谱(FTIR)可以提供二硫化钼纳米粒子中官能团的信息,辅助鉴定其化学成分和结构特征。

能量色散X射线光谱(EDS)可用于测定二硫化钼纳米粒子中各种元素的含量比例,进一步确认其组成成分。

04

电化学行为研究

二硫化钼纳米粒子作为锂离子电池负极材料时,其首次放电容量和充电容量是评估其电化学性能的重要指标。

首次放电容量和充电容量

库仑效率反映了电池在充放电过程中的能量利用效率,是评价二硫化钼纳米粒子负极材料性能的重要参数。

库仑效率

通过多次充放电循环测试,可以评估二硫化钼纳米粒子负极材料的循环稳定性,即其在长期使用过程中的性能保持能力。

循环稳定性

通过循环伏安法测试,可以观察到二硫化钼纳米粒子负极材料在锂离子嵌入和脱出

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