發(fā)布時(shí)間：2020-12-20 17:39

　　本論文制備多種碳復(fù)合鈷硫化物,探究碳材料和鈷硫化物抑制聚硫離子溶解穿梭的協(xié)同作用。我們通過同步硫化法合成了S/CoS₂均勻分布的氮摻雜碳多面體材料、分步法合成S/CoS₂/rGO三維復(fù)合材料和中空雙層Co₉S₈@CNTs材料載硫,探索碳和鈷硫化物的協(xié)同固硫作用,研究其對(duì)鋰硫電池性能優(yōu)化。主要內(nèi)容總結(jié)如下:1、通過硫化和載硫同步的方法,制備了 S/CoS₂均勻分布的氮摻雜碳多面體結(jié)構(gòu),提升了鋰硫電池性能。利用金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)ZIF-67熱解得到的鈷嵌入氮摻雜碳多面體材料與硫高溫復(fù)合,灌硫的同時(shí)實(shí)現(xiàn)鈷的硫化,合成S/CoS₂均勻分布的氮摻雜碳多面體結(jié)構(gòu)（S/CoS₂-NC）,單質(zhì)硫含量為68.58%。得益于氮摻雜碳多面體優(yōu)異的導(dǎo)電性,CoS₂和氮摻雜碳對(duì)聚硫離子的強(qiáng)相互作用,該復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。在0.5 C電流密度下循環(huán)250圈容量保持在702 mAh g^-1。并研究以該S/CoS... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１鋰硫電池在不同電化學(xué)過程示意圖（ａ）開路；（ｂ）放電過程；（ｃ）充電過程（ｄ）??Ｌｉ－Ｓ電池中Ｓ正極的典型循環(huán)伏安圖（ＣＶ）

鋰負(fù)極問題??鋰硫電池中鋰負(fù)極也存在一些問題。由于鋰金屬的費(fèi)米能級(jí)高于常用液態(tài)??電解液的最低未占據(jù)軌道（圖１．１ａ）１１５］。在鋰金屬表面電解液被還原形成固體電??解質(zhì)膜（ＳＥＩ），導(dǎo)致不可逆容量損失增大和鋰沉積效率降低［２５＿２６］。對(duì)于商業(yè)化??鋰硫電池，這會(huì)降低電池的能量輸出，因?yàn)樾枰~外的鋰與硫正極匹配。鋰的??不均勻沉積導(dǎo)致鋰枝晶的生長容易引起鋰硫電池的安全問題［２７］。值得注意的是??鋰硫電池中枝晶問題有一些特別。溶解的聚硫離子與鋰負(fù)極反應(yīng)可能會(huì)抑制鋰??枝晶的生長［２８’２９］。然而聚硫離子溶解較少的電池中依然不可避免鋰枝晶的生長。??鋰負(fù)極存在的第三個(gè)問題主要來自于聚硫離子的穿梭效應(yīng)。穿梭到負(fù)極的??聚硫離子與鋰負(fù)極反應(yīng)之后生成不溶的硫化物（Ｌｉ２Ｓ２和Ｌｉ２Ｓ）。增厚的絕緣層??導(dǎo)致差的倍率性能［３（）］。??電解液問題??電解液作為鋰硫電池的重要組成部分，選擇合適的電解液直接決定了鋰硫??電池性能。幸運(yùn)的是，大部分電解液在鋰硫電池的工作電壓內(nèi)可以穩(wěn)定存在，??所以必須要注意到電解液在鋰硫電池電化學(xué)過程中的穩(wěn)定性問題。醚類電解液??己經(jīng)被證實(shí)有利于促進(jìn)鋰和硫的電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)對(duì)聚硫離子有較高的溶解性，??導(dǎo)致嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)，這也被鋰硫電池在醚類電解液中的充電容量高于放電容??量的事實(shí)證實(shí)［２７，２８］。碳酸鹽型電解液容易與聚硫離子在第一個(gè)電化學(xué)平臺(tái)反應(yīng)??生成Ｌｉ２Ｓｘ?（ｘ＝４－８）

ＬｙｎｄｅｎＡ．?Ａｒｃｈｅｒ等人以聚乙烯亞胺作為前驅(qū)體，利用碳納米管表面的羥基??和羧基與聚乙烯亞胺上的氨基相互作用，實(shí)現(xiàn)碳納米管和聚乙烯亞胺的復(fù)合，??提高對(duì)聚硫離子的吸附作用，如圖１．２所示，該復(fù)合材料對(duì)鋰硫電池性能的提??升起很大作用［４（）］。??王東海等人設(shè)計(jì)了一種碳納米管貫穿的介孔氮摻雜碳球結(jié)構(gòu)用于硫的基底??材料，復(fù)合材料中的氮功能團(tuán)實(shí)現(xiàn)了聚硫離子的固定，有利于電化學(xué)性能的提??升，２００圈循環(huán)之后，容量依然１２００ｍＡｈｇ人即使在高硫載量５ｍｇｃｍ＿２，面??容量達(dá)到?６ｍＡｈｃｎ＾２［４１］。??石墨烯復(fù)合材料??石墨烯由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)電性好，比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，可以??作為基本結(jié)構(gòu)基元自組裝各種各樣的結(jié)構(gòu)，為硫的負(fù)載提供空間。不同結(jié)構(gòu)的??石墨烯和硫的復(fù)合材料用于鋰硫電池正極材料研宄。成會(huì)民等人報(bào)道了一種三??維石墨烯復(fù)合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)氣相沉積在石墨烯泡沫生長還原石墨烯氣凝??膠，載硫后直接作為集流體組裝電池，８９．４?％的硫含量下，可以實(shí)現(xiàn)高的硫負(fù)??載量１４．３６?ｍｇ?ｃｎｆ２，并能較好的緩解循環(huán)過程中硫正極的體積變化［４２＼??ＰＯＣ；??ＨＣＣ？＊??丨＿＿?＿嚴(yán)??Ｉ?６?＂＂＂???????￡．４＇?????讀??１２?????０?４０?８０?１２０?１６０?２（Ｈ）?２４０?２Ｋ０?３２０?３６０?４００??Ｃｙｃｌｅ?ｎｔｉｉｎｈｅｒ??圖１．３硫正極石墨燦集合結(jié)構(gòu)示意圖和循環(huán)性能圖。??李峰課題組用真空抽濾的方法制備了一種全石墨烯結(jié)構(gòu)作為鋰硫電池正極??材料


本文編號(hào)：2928275