【摘要】：鋰硫電池因其高的比容量和能量密度、硫儲(chǔ)量豐富、易得受到了越來(lái)越多的關(guān)注,但多硫化物的穿梭效應(yīng)、循環(huán)過(guò)程中大的體積效應(yīng)及硫?qū)щ娦圆畹葐栴}限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。研發(fā)一種新型的載硫材料是解決這些問題的一個(gè)有效手段。其中氮化釩因具有導(dǎo)電性高、化學(xué)/結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好和對(duì)多硫化物具有較強(qiáng)的作用力等優(yōu)點(diǎn),是一種很有潛力的載硫材料。此外,石墨低的比容量己經(jīng)不能滿足人們的高需求,因此研發(fā)一種新型的負(fù)極材料是十分迫切的。屬于轉(zhuǎn)化機(jī)制的氮化釩擁有高的理論比容量,但循環(huán)過(guò)程中較大的體積效應(yīng)導(dǎo)致的電池循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題窒礙了此類材料實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)以上鋰硫電池及鋰離子電池面對(duì)的問題,本論文中主要研究了有關(guān)氮化釩及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究,主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)具有特殊結(jié)構(gòu)的納米材料、元素?fù)诫s、碳包覆或與其它材料進(jìn)行復(fù)合等是對(duì)電極材料進(jìn)行改性的有效手段。在本論文中,采用溶劑熱及后續(xù)煅燒的方法首次成功合成了蛋黃/殼結(jié)構(gòu)的鈷摻雜的氮化釩(Co-VN)納米球并對(duì)此結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程進(jìn)行了探究,之后對(duì)Co-VN進(jìn)行碳包覆,合成了 Co-VN@C材料,并將此材料首次用作載硫材料。由于獨(dú)特的蛋黃/殼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和VN、摻雜的鈷及氮摻雜的碳(N-C)三者之間的協(xié)同作用,即便在高面載量時(shí),Co-VN@C/S電極仍可以表現(xiàn)出出色的電化學(xué)性能。(2)通過(guò)溶劑熱及后續(xù)氨氣煅燒的方法合成了蛋黃/殼結(jié)構(gòu)的Co-VN納米球和雙層殼VN中空微納球,之后用PDDA對(duì)所得的兩種材料進(jìn)行修飾,再與氧化石墨烯進(jìn)行復(fù)合,經(jīng)冷凍干燥及氮?dú)忪褵^(guò)程后,制備了 Co-VN/RGO和VN/RGO兩種復(fù)合材料。將這兩種復(fù)合材料首次應(yīng)用于鋰電,由于復(fù)合材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)并結(jié)合了 VN與石墨烯兩者的優(yōu)點(diǎn),即使在大電流時(shí),Co-VN/RGO和VN/RGO兩種電極均表現(xiàn)出出色的鋰電性能。
【圖文】：

Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：邋Ｓ８邋＾邋１６Ｌｉ邋—－８Ｌｉ２Ｓ邋Ｃｈａｒｇｅ：邋８Ｌｉ，，Ｓ邋—＊Ｓｇ邋＋邋１６Ｌｉ逡逑圖１－２鋰硫二次電池工作原理的示意圖［１５Ｌ逡逑－２所示［１５］：放電程中，鋰被氧化成Ｌｉ＋和電子，電子從外過(guò)電解液分散至正極，從而形成電流。正極硫（一般為Ｓ

邐（５）逡逑首先，固相的３８分子得電子，Ｓ－Ｓ鍵斷裂，與Ｌｉ＋反應(yīng)成Ｌ２Ｓ８和Ｌ２Ｓ６，此逡逑階段對(duì)應(yīng)于圖１．３充約在２．３邋Ｖ的平臺(tái)。然后，Ｌ２Ｓ８和Ｌ２Ｓ６進(jìn)一步得電子，被逡逑還原成較短鏈的Ｌ２Ｓ４，此階段對(duì)應(yīng)于放電曲線中從２．３邋Ｖ到２．１邋Ｖ的下坡。隨后逡逑較短鏈的Ｌ２Ｓ４進(jìn)一步被還原成Ｌｉ２Ｓ２和ＬｂＳ，此階段對(duì)應(yīng)于放電過(guò)程中的約２．１逡逑Ｖ處的平臺(tái)。總的反應(yīng)式為：逡逑Ｓ８邋＋邋１６Ｌｉ＋＋１６ｅ＿邋—８ＬｂＳ逡逑在高壓段（＞邋２．１Ｖ），每個(gè)硫原子得半個(gè)電子，理論上可提供４１９邋ｍＡｈ邋ｇ－１逡逑的比容量。在低壓段（＜邋２．１邋Ｖ），每個(gè)硫原子得１．５個(gè)電子，理論上可提供的逡逑比容量為邋１２５６ｍＡｈｇ－１［１７］。逡逑４１９邋ｍＡｈ／ｇ邐１２５６邋ｍＡｈ／ｇ逡逑?邐Ｘ邐＞逡逑；；：－＞，邋Ｈｉｇｈ？￥ｏｌｕｂｉｌｉｔｙ逡逑＞邋Ｓ0逡逑？邐ｌｏｗ－ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ逡逑ＣＤ邋Ｃ邋Ｓ逡逑｜２－５＇＾Ｆａｓｔ邋ｋｉｎｅｔｉｃｓ邐（ｌ＂邋ｏ！ｕｂ＇ｉｉｔｙ逡逑ｌ２0＿邐邐Ｓｌｏｗ邋ｋｉｎｅｔｉｃｓ逡逑１邋ｊ邐＾邐Ｌｉ；ｓＸ逡逑Ｃａｐａｃｉｔｙ邋／邋ｍＡｈ邋ｇ＂１逡逑圖１－３鋰硫電池放電曲線［１６］。逡逑１．２．３鋰硫電池存在的問題逡逑雖然硫儲(chǔ)量大、易得且鋰硫電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏龋s２６００邋Ｗｈｋｇ－１）和逡逑理論比容量（１６７５邋：＾１１＃），但主要存在以下的問題［１８＿２３］：逡逑（１）硫及硫化鋰的電導(dǎo)率低。室溫下，硫及Ｌｉ２Ｓ導(dǎo)電性不好，這直接使逡逑離子和電子不能很好地傳輸
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;TM912

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本文編號(hào)：2658764