【摘要】：鋰硫二次電池由于高的能量密度和低成本,且其重量能量密度(2600 Wh/kg)是現(xiàn)有鋰離子電池體系的3~5倍,以及較高的理論比容量(1672 mAh/g),因此成為目前全世界電池領域研究的熱點之一。鋰硫電池的正極材料直接影響著電池的容量大小,同時也是評價電池性能的重要參考因素之一。金屬氧化物提供的金屬-氧鍵能夠有效阻止多硫化合物在電解液中的溶解,進而提高活性物質(zhì)硫的有效利用率,加強了電池的電化學性能。納米結(jié)構(gòu)的氧化物尺寸小,用于鋰硫電池正極時,不僅使得鋰離子的遷移時間縮短,還能在鋰離子脫嵌時內(nèi)應力得到有效緩解,相應地增加鋰硫電池循環(huán)性能,延長循環(huán)壽命。此外,多孔結(jié)構(gòu)材料的氧化物表面積較大,有很多空隙,使得電解液容易通過進入到納米結(jié)構(gòu)的材料中�；诮饘傺趸镉糜阡嚵螂姵卣龢O材料載體的重要性,本文主要研究了多孔中空核殼SnO_2/S、中空TiO_2/S、和中空Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/S的制備及作為鋰硫電池正極材料的電化學性能。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:(1)以C球為模板,以SnCl_2·2H_2O為原料,通過溶劑熱反應制備出中空核殼SnO_2納米微球,再結(jié)合液相滲入法和熔融-融合法得到SnO_2/S復合物。利用透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、熱重差熱分析(TGA)測試手段對復合物進行形貌、結(jié)構(gòu)及不同組分含量確定的表征;通過循環(huán)伏安法(CV)、電化學阻抗譜(EIS)、恒電流充放電測試方法對其進行電化學性能表征。結(jié)果顯示,相比于單獨的S電極,中空核殼SnO_2/S復合物作為鋰硫電池正極材料具有優(yōu)異的電化學性能,不僅有較高的庫倫效率,經(jīng)50次循環(huán)后,容量保留達到92%(單獨S電極的容量保持率僅有25.2%)。此外,SnO_2能夠加強單質(zhì)S的電子導電性,還能有效阻止充放電過程中多硫化合物在電解液中的溶解,有效緩解了鋰硫電池容量衰減的問題(2)以C球為模板,結(jié)合溶劑熱反應制備出中空結(jié)構(gòu)的TiO_2,并通過液相滲入法和熔融-融合得到TiO_2/S復合物。利用透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、熱重差熱分析(TGA)測試手段對復合物進行形貌、結(jié)構(gòu)及不同組分含量確定的表征;利用循環(huán)伏安法(CV)、電化學阻抗譜(EIS)、恒電流充放電測試方法對其進行電化學性能表征。結(jié)果表明,中空TiO_2/S復合物作為鋰硫電池正極材料,在350 mA/g的電流密度下,經(jīng)50次循環(huán)后,容量保留達到89%。說明,TiO_2能有效阻止充放電過程中多硫化合物在電解液中的溶解,有效緩解了鋰硫電池容量衰減的問題。(3)以Mg(AC)_2·4H_2O,Ni(NO_3)_2·6H_2O為主要原料,通過溶劑熱反應和模板移除,制備出中空Mg_(0.6)Ni_(0.4)O納米球,再經(jīng)液相滲入和熔融-融合得到Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/S復合物。利用掃面電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)、熱重差熱分析(TGA)測試手段對復合物進行形貌組成及不同組分含量確定的表征;通過循環(huán)伏安法(CV)、電化學阻抗譜(EIS)、恒電流充放電測試方法對其進行電化學性能表征。結(jié)果表明,中空Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/S作為鋰硫電池正極材料時,在電流密度為200 m A/g的條件下,經(jīng)過65次循環(huán),其容量仍能高達912 mAh/g;在電流密度為4000 m A/g時,經(jīng)過500次循環(huán)后,其可逆容量仍能保持在174.5 mAh/g,容量保持率達77%,庫倫效率也在95%以上。優(yōu)異的電化學性能表明,Mg_(0.6)Ni_(0.4)O不僅能夠緩解充放電過程中多硫化合物在電解夜中的溶解,更能說明中空Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/S是一種較為理想的鋰硫電池正極材料。
【圖文】：

8+e-+Li+→Li2Sn(1≤n≤8) i→Li++e-(i+S8→Li2Sn(1≤n≤8) (電過程即鋰離子的脫出過程，，就是多硫化鋰氧化為單≤n≤8）。電極電化學反應過程如下：i2Sn→S8+e-+Li+(1≤n≤8) (i++e-→Li (i2Sn→Li+S8(1≤n≤8) (放電過程中產(chǎn)生的多硫化合物在電解液中的溶解將會造同時產(chǎn)生的具有絕緣性的硫化鋰也會影響電池的電化學研究者面臨的重要挑戰(zhàn)之一[42]。

單質(zhì)S、SnO2和SnO2/S復合物的XRD圖
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB332;TM912

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 徐晶晶;李彬;李松梅;劉建華;于美;;鋰硫電池正極用硫/介孔碳復合材料的制備及電化學性能[J];無機化學學報;2015年10期

2 羅曉華;余瑞芳;;鋰硫電池正極材料研究進展[J];電池工業(yè);2014年02期

3 王維坤,王安邦,曹高萍,楊裕生;鋰電池用正極材料多硫代苯的電化學性能[J];物理化學學報;2004年12期

4 王韶華;;鋰硫電池正極硫碳復合材料[J];山東工業(yè)技術(shù);2015年13期

5 徐美玲;王新慧;任引哲;;鋰硫電池硫正極反應機理研究進展[J];材料開發(fā)與應用;2015年04期

6 楊蓉;鄧坤發(fā);劉曉艷;曲冶;雷京;任冰;;鋰硫電池正極復合材料研究現(xiàn)狀[J];化工進展;2015年05期

7 辛培明;金波;侯甲子;嚴慶光;鐘曉斌;王環(huán)環(huán);高凡;;鋰硫電池正極材料研究進展[J];儲能科學與技術(shù);2015年04期

8 黃勇;鄧坤發(fā);王黎晴;呂夢妮;任冰;;導電聚合物/硫復合材料用于鋰硫電池正極研究進展[J];工程塑料應用;2015年08期

9 盧海;李濤;王金磊;易大偉;賴延清;;鋰硫電池硫正極粘結(jié)劑的比較研究[J];化學通報;2017年10期

10 王釗;趙凱森;孫宇;周丹;謝海明;;鋰硫電池正極材料研究進展[J];分子科學學報;2016年05期

相關會議論文 前10條

1 辛培明;金忠正;金波;;鋰硫電池正極材料的制備及其電化學性能[A];第一屆全國儲能科學與技術(shù)大會摘要集[C];2014年

2 李偉;王榮順;王佳偉;孫立群;袁峰;;鋰硫電池聚并苯/硫正極材料的制備及其電化學性能研究[A];第29屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2011年

3 陳平平;張小玲;楊文;;氮摻雜多孔碳硫復合材料的合成及其在鋰硫電池正極中的研究[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

4 葉歡;張帥鋒;楊春鵬;張娟;杜文成;殷雅俠;郭玉國;;硫碳復合正極材料的設計、制備與電化學性能研究[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學電源[C];2016年

5 童圣富;;鋰氧電池正極材料及反應機理研究[A];第三屆全國儲能科學與技術(shù)大會摘要集[C];2016年

6 曹余良;艾新平;楊漢西;;鈉離子電池正極材料的研究[A];第31屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2015年

7 毛艷;王琪;徐桂良;黃令;李君濤;孫世剛;;鋰硫電池膨脹氧化石墨/硫復合正極材料的制備及其性能[A];第30屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2013年

8 王維坤;王安邦;曹高萍;楊裕生;;鋰電池用正極材料多硫代聚苯撐的制備及電化學性能[A];第十二屆中國固態(tài)離子學學術(shù)會議論文集[C];2004年

9 孔令波;劉之菊;詹暉;詹才茂;周運鴻;;鋰電池正極材料六硫蒽的研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

10 陳森;韓恩山;盧敏;張廣泉;許寒;;Zn~(2+)摻雜對Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.67)O_2的影響[A];第31屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2015年

相關重要報紙文章 前10條

1 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鋰業(yè)分會秘書長、中關村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟理事 張江峰;我國鋰電池正極材料產(chǎn)量持續(xù)增長[N];中國工業(yè)報;2018年

2 王松林 章杰;開發(fā)動力鋰電池正極材料[N];銅陵有色報;2010年

3 朱文平;青藏高原第一條鋰電池正極材料生產(chǎn)線建成投產(chǎn)[N];人民政協(xié)報;2011年

4 記者 解麗娜;青藏高原第一條鋰電池正極材料生產(chǎn)線建成投產(chǎn)[N];青海日報;2011年

5 劉菁 郭遠明;鋰電池正極材料市場空間廣闊[N];國際商報;2004年

6 李小平;贛鋒鋰業(yè)介入三元正極材料領域[N];證券時報;2011年

7 楊文江　王滿慶;磷酸釩鋰正極材料研發(fā)成功[N];中國化工報;2012年

8 ;LR6電池更經(jīng)濟[N];中國質(zhì)量報;2002年

9 ;ＬＲ６電池更經(jīng)濟些[N];中國質(zhì)量報;2003年

10 ;鋅-空氣電池[N];中國有色金屬報;2003年

相關博士學位論文 前10條

1 石麗麗;新型鋰硫電池正極材料的制備及其電化學性能研究[D];北京理工大學;2016年

2 李高然;高性能鋰硫電池正極的研究與開發(fā)[D];浙江大學;2016年

3 成娟娟;鋰硫電池多孔金屬基正極材料的制備及電化學性能研究[D];湘潭大學;2015年

4 張凱;鋰硫電池正極改性、結(jié)構(gòu)設計及電化學性能研究[D];中南大學;2014年

5 孫福根;鋰硫電池硫正極材料的設計、制備及性能研究[D];華東理工大學;2014年

6 盧松濤;石墨烯改性鋰硫電池正極材料的制備及其電化學性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

7 龔志杰;硫/多孔碳復合正極材料的制備及電化學性能研究[D];浙江大學;2016年

8 王久林;二次鋰電池用含硫正極材料的制備及電化學性能研究[D];中國科學院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2002年

9 申永強;鐵基氟化物作為鋰/鈉離子電池正極材料的制備及性能研究[D];湘潭大學;2016年

10 陳飛彪;鋰硫電池正極材料的制備及其電化學性能研究[D];北京理工大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 張少梅;金屬氧化物基鋰硫電池正極材料的制備及其電化學性能研究[D];中北大學;2018年

2 唐豪;鋰硫電池硫正極、隔膜改性及電化學性能研究[D];江蘇大學;2016年

3 徐從勝;含氮碳基鋰硫電池正極材料的制備及電化學性能的研究[D];合肥工業(yè)大學;2016年

4 李金月;鈉離子電池錳酸鈉正極材料的制備與電化學性能研究[D];東北師范大學;2016年

5 于龍;幾種鎂離子電池正極材料的合成及其電化學性能[D];新疆大學;2004年

6 馮嘉妮;鋰硫電池正極材料的制備及電化學性能研究[D];燕山大學;2016年

7 郝亞晉;鋰硫電池正極復合材料的制備和電化學性能研究[D];天津大學;2015年

8 李福橋;鋰硫電池正極材料及隔膜的研究[D];西南石油大學;2016年

9 侯雅萍;新型鋰硫電池正極載硫材料的研究[D];山東大學;2017年

10 吳清真;鎳鋅電池正極材料的研究[D];重慶大學;2016年

本文編號：2595315