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碳化钼锂离子电池负极材料的设计合成和储锂性能研究

【摘要】:锂离子电池具有能量密度高,输出功率大,自放电小,无记忆效应等特点,现已被广泛地应用于电动汽车,混合动力汽车以及各种通讯器材。电极是锂离子电池的主要构成部件,而电极材料对电池性能的优劣起着决定性作用。目前,商业化的锂离子电池的负极材料是石墨,但其理论容量只有372 mA h g-1,远远不能满足人们对于高性能器件的要求。因此,各国科研工作者正在努力开发新一代具有高比容量的电极材料。最近,碳化钼由于具有较高的化学稳定性和比容量而被看作很有发展前景的锂离子电池负极材料。同时,纳米尺寸的碳化钼能够表现出更加优异的电化学性能,其结构的设计合成被研究者广泛关注。本文以碳化钼材料为研究对象制备出了系列复合材料,采用XRD、XPS、SEM、TEM等测试方法对这些材料进行了结构和形貌的表征。并且将其用作负极材料组装成锂离子电池,测试了其电化学性能。主要的研究内容如下:(1)采用静电纺丝-热解两步法制备了氮掺杂的Mo_2C/C纳米纤维。以乙酰丙酮钼为钼源,聚乙烯吡咯烷酮为碳源和氮源,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,通过静电纺丝和高温热解法合成了Mo_2C/C纳米纤维。此种方法操作简单,而且能够大量生产。通过与纯碳纤维和体相碳化钼比较,Mo_2C/C纳米纤维具有很好的循环性能,无论是在高电流密度还是低电流密度下,都具有良好的比容量和倍率性能。(2)以NaCl为模板,采用冷冻干燥-热解法制备了三维分级孔结构的Mo_2C/C纳米片。以磷钼酸为钼源,一水合柠檬酸作为碳源,以蒸馏水作为溶剂,采用冷冻干燥和高温热解的方法合成了具有三维分级孔结构的Mo_2C/C纳米片,将其用作锂离子电池负极材料,表现出了良好的电化学性能。

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