磷化钼纳米粒子作为锂离子电池负极材料的制备及电化学性能

• 作 者: 肖雅丹
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 磷化钼 负极材料 锂离子电池 电化学性能 直流电弧等离子体法

目前,随着社会和科技水平的不断提高,人们也开始面临着越来越多的环境问题,使得对新能源的开发需求更加迫切。其中锂离子电池作为可充电池的一种,凭借着其体积小、能量密度高、循环寿命长、环境友好、可持续性强及实用性好等优点,获得了人们广泛的关注与研究,如今已经被应用于各行各业。而负极材料作为锂离子电池中重要的组成部分,会很大影响到锂离子电池的电池性能,因此是目前锂离子电池的研究重点之一。在众多锂离子电池负极材料中,过渡金属磷化物拥有着容量高、电压平台低、价格低廉等优点,且其体积膨胀效应相较于金属氧化物较小,被认为是优秀的负极材料。而磷化钼材料作为电池催化剂使用时表现出了优异的结构稳定性,是很有潜力的锂离子电池负极材料。本实验中主要对磷化钼的两种稳定相,即MoP和MoP₂纳米材料进行制备,将其作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试分析,并对两者的不同进行比较。在本文中,材料的制备可分为两步骤。首先通过直流电弧等离子体法制得金属钼纳米粒子,其次将其与赤磷按照特定比例混合后进行固相反应,根据材料的不同使用适宜的反应条件分别制备出MoP和MoP₂纳米粒子。利用X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）对所得产物进行结构表征显示,MoP纳米粒子呈粒径约为20-50 nm的球形结构,MoP₂纳米粒子则多为片层状。从电化学测试的结果分析,在电流密度为100 mA/g,电压范围为0.0-3.0 V时,MoP纳米粒子负极材料的首次放电比容量有746 mA/g,经过50次循环后放电比容量保持在241.9 mAh/g,在倍率测试中经过100、200、500、1000和2000 mA/g的电流密度测试后,当电流密度回到100 mA/g时能表现出优异的可逆性。而MoP₂纳米粒子在100 mA/g的电流密度下首次放电比容量达到1041.5 mA/g,经过60次循环后还有有686.6 mAh/g的放电比容量,并且在倍率测试下也表现出了优异的可逆性。而将MoP和MoP₂纳米粒子的区别不仅体现在不同的晶体结构上,两者的锂脱嵌过程也有区别,在相同条件下进行循环性能测试时,MoP₂纳米粒子负极材料表现出了更高的电池容量,在电池容量稳定后,其放电比容量也远远高于同条件下的MoP纳米粒子负极材料,是具有很大潜力的锂离子电池负极材料。