介孔二氧化钼/磷化钼异质结构的构筑及其储锂性能研究

作     者：沈远浩 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：安琴友

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：锂离子电池 MoO2/MoP 介孔材料 异质结构 长循环稳定性 

摘      要：锂离子电池(LIBs)作为一种具有潜力的能源存储装置,由于其具有较高的能量密度、超高的功率密度、极长的循环寿命以及环境友好等特点而受到了广泛地关注。虽然传统的商业化锂离子电池使用石墨作为负极材料,但因为石墨相对较低的容量阻碍了其进一步发展。而过渡金属氧化物由于其较高的容量引起了人们的普遍关注。但过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料在循环过程中较大的体积膨胀以及低电子电导率是制约其发展的重要因素。因此,构建介孔电极材料能够增加电极材料与电解液的接触面积,并可以改善循环过程中由于体积膨胀所导致的结构坍塌问题。此外,对过渡金属氧化物进行电子结构调控能够有效增强过渡金属氧化物的电子电导率。本文将介孔二氧化钼/磷化钼纳米带异质结构(meso-Mo O/Mo P-NBs)材料当作研究对象,并将其作为锂离子电池的负极材料,明确了异质结构相较于单一材料的优势,同时也对异质结构与单一材料的储能机理进行了探究与分析。主要研究结果如下:(1)采用高温煅烧法得到meso-Mo O/Mo P-NBs,并通过控制煅烧过程中磷源的量得到了两种参照样。将三种材料组装成锂离子半电池,对其进行电化学性能测试。Meso-Mo O/Mo P-NBs材料展现出最优的循环性能(电流密度为1 A g时,经过1000次循环后具有515 m Ah g的容量)和倍率性能(当电流密度增加到8 A g时,仍然具有291 m Ah g的容量)。(2)通过一系列电化学分析计算以及密度泛函理论计算研究三种材料的离子和电子的传输特性。对于三种材料来说,meso-Mo O/Mo P-NBs具有最大的锂离子扩散系数、最小的电荷转移阻抗和最为优异的电子电导率,能够实现快速的锂离子传输。(3)通过原位X射线衍射(XRD)及非原位透射(TEM)测试,揭示了meso-Mo O/Mo P-NBs的储锂机制为Mo O的部分转化以及Mo P的有限固溶反应。并且基于原位XRD进行计算,锂离子在meso-Mo O/Mo P-NBs中的嵌入/脱出过程中体积变化较小,因此该材料具有良好的结构稳定性。