毕业论文移动版

1970年，在埃克森工作的M。S。Whittingham最先提出了锂电池。那时的锂电池的正极材料选用的是硫化钛，而负极材料则采用金属锂。由于金属锂是一种高度活泼的金属元素，常常在水和空气的条件下就能燃烧，因此这种电池的安全性饱受质疑。直到1980年，Goodenough等将锂充电电池的正极材料加以改进，转而用氧化钴锂代替金属锂，这才是当代锂离子电池的雏形，拉开了锂离子电池发展的序幕。1985年人们惊喜地发现用炭材料充当负极材料的锂离子充电电池，性能得到了极大的提升，因而发明了锂离子电池。1991年索尼公司公布了全球首款商用锂离子电池。随后，消费电子产品的面貌焕然一新，锂离子电池的出现为人们的日常生活带来了极大的便利。锂离子电池是一种高性能电池，它质量和体积容量密度高（210 Whk/g；650 Wh/L），至少是其它移动充电电池的2。5倍[1]。输出功率大、可达300~1500 W/kg。循环性能优良、放电区平稳。Li离子电池使用维护非常方便，它没有记忆效应，在快速充放电的过程中无需进行电量的放空。工作温度范围宽，锂离子电池一般能在零下30 摄氏度到零上60摄氏度下正常工作。87443

以石墨为负极、LiCoO2为正极为例，锂离子电池充放电时的电极反应如下：

正极： 负极:  总的反应：         

在阳电极的立方紧密堆积氧层中附近，Li3+ 和Co3+分别处在循环的八面体之中。当进行充电的时候，锂离子失去一个电子，并从八面体中脱嵌，释放Co3+氧化为Co4+；当进行放电的时候，锂离子获得一个电子，重新嵌入到八面体中，Co4+还原为Co3+。在负电极，随着锂被嵌入到石墨结构中，石墨结构在同一时间会得到一个电子。电子处在单层石墨的分子平面上，与锂离子会相互作用，产生静电效应，所以正极中的锂的实际尺寸要比负极中的锂要小。

锂离子电池从发明至今已经有100多年了，性能也在不断提高。目前的电极材料性能还不够理想，我们必须寻找性能更好的新材料。最近的研究表明，相比于大尺度材料，相对于块状材料，二维材料电导率高，结构完美，在电池的性能方面有很大的提高。因此人们将许许多多的二维材料移植到锂离子电池的电极材料中去，试图找到一种可以显著提升性能的二维材料，多年来这方面的研究成果也是十分显著。这其中有：新型合金、锡基材料、纳米氧化物、硅基材料、氮化物、无定形炭材料、石墨化炭材料等。石墨烯是当前研究最热门的一种二维电极材料，因具有高容量，良好的稳定性，完美的导电性和高速的离子迁移性，成为替代锂离子电池正负极材料的新宠。

如果把传统的锂离子电池负极材料替换成石墨烯，则理论的储能密度达到540 mAh/g。其他新型碳材料掺杂之后的提升更为显著，比如碳纳米管-石墨烯结构的比容量达到730 mAh/g ，富勒烯-石墨烯结构的比容量达到740 mAh/g [2]。

近年来，二硫化钼（MoS2）因具有独特的层状结构，在锂离子电池负极材料中表现出众，获得了较高的锂离子储存性能和良好的导电性能[3‒5]。MoS2层状材料作为锂离子电池电极材料，之所以具有超高的理论能量密度和快速的锂离子迁移速率，主要有两个方面的原因：一是MoS2能够与嵌入的锂离子形成Mo-LiS络合物并且持续不断进行氧化还原反应。在此转换过程中，1 mol的MoS2能够嵌入4 mol的Li，能够达到670 mAh/g的能量密度[3]，显然比纯石墨电极材料能量密度要高。二是MoS2相邻层间的弱相互作用有利于锂离子的嵌入和释放，并且能够有效的防止粉碎现象的发生[4]。LiCoO2/MoS2的锂离子电池在348 K温度下展示了良好的离子迁移性能（53。1 A/g），可重复性充电能量密度达到700 mAh/g [5]。近些年来大量的基于MoS2的锂离子电池电极复合材料被合成和研究[6‒11]，但是，基于MoS2的电极材料有一个致命的缺点，就是在锂化过程中，在电极附近会产生络合物LiS，并和电解液发生反应，从而形成厚厚的类似凝胶的一层物质，阻碍了氧化还原反应的进一步发生，这一现象导致的结果就是锂离子迁移速率和电池稳定性急剧下降。更为严重的是，在充放电循环过程中，超低的电导率会使电池结构快速损坏，严重阻碍了MoS2作为锂离子电池电极的实际应用，这需要我们不断地寻找解决问题的办法。 (责任编辑：qin)