發(fā)布時間：2021-08-07 09:50

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,以及先進(jìn)的便攜式電子設(shè)備及電動汽車等在日常生活中的廣泛應(yīng)用,人們對能源的需求日益增加。相比傳統(tǒng)的礦物燃料,鋰離子二次電池對環(huán)境的污染相對較小,且能量密度較高,體積更為輕便,目前已被應(yīng)用到社會生活的方方面面。然而盡管已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,目前商業(yè)化的鋰離子電池仍然存在能量密度無法滿足社會日益增長的需要的問題,仍需要不斷開發(fā)新型電池材料。氮化釩（VN）具有較高的穩(wěn)定性和導(dǎo)電率,到目前為止已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超級電容器及鋰離子電池中。本論文中我們合成了氮摻雜碳包覆的氮化釩一維復(fù)合材料（VN@C）,并研究了其在鋰硫及柔性鋰離子二次電池中的應(yīng)用。本論文的主要研究內(nèi)容如下:（1）我們以五氧化二釩粉末為原料合成了五氧化二釩納米線前驅(qū),經(jīng)過聚合反應(yīng)及后續(xù)的氮化得到了 VN@C,將其用于鋰硫電池中。由于氮化釩及包覆碳層的良好導(dǎo)電性,復(fù)合材料改善了硫正極不導(dǎo)電的問題,同時我們發(fā)現(xiàn)在氮化釩存在的情況下,鋰硫電池的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)增強,多硫化物轉(zhuǎn)化加快,從而減弱了多硫化物擴散導(dǎo)致的穿梭效應(yīng)。測試發(fā)現(xiàn)電池在1 C時循環(huán)300圈后容量維持在592.2mAhg-1,庫倫效率幾乎可以達(dá)到100%,6C大電... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１鋰硫電池工作示意圖［３］

Ｃａｐａｃｉｔｙ?｛ｍＡｈ?ｇ＇１）??圖１－１鋰硫電池工作示意圖［３］。??Ｌｉ２Ｓ），在充電過程中，發(fā)生上述反應(yīng)的逆過程［？１３］。鋰硫電池中發(fā)生的反應(yīng)可??歸納如下［１４－１６］：??Ｓ８＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－－＾Ｌｉ２Ｓ８??３ＬｈＳ８＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—４Ｌｉ２Ｓ６??２Ｌｉ２Ｓ６＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—３ＬｈＳ４??ＬｂＳ４＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—２Ｌｉ２Ｓ２??Ｌｉ２Ｓ２＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—２ＬｈＳ??在放電過程中正極發(fā)生的反應(yīng)過程為：首先，環(huán)狀Ｓ８分子與從鋰負(fù)極傳輸??過來的鋰離子反應(yīng)，開環(huán)生成可溶性的長鏈多硫化鋰，此過程涉及固－液相反??應(yīng)，隨后，長鏈多硫化鋰進(jìn)一步被還原生成短鏈的多硫化鋰，發(fā)生液－液相反??應(yīng)，最終生成硫化鋰，涉及液－固相反應(yīng)。在充電過程中，發(fā)生上述反應(yīng)的逆過??程，整個反應(yīng)對應(yīng)的充放電曲線如圖１－川７＿１８］。由于鋰硫電池在循環(huán)的過程中并??非只有Ｌｉ＋簡單的嵌入和脫出，而是隨著充放電的進(jìn)行活性物質(zhì)中會發(fā)生Ｓ－Ｓ鍵??的不斷破裂和生成

質(zhì)良好的滲透，有利于鋰離子在材料內(nèi)部的快速傳輸。因此該材料在低電流密度??和高電流密度下都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)特性，并且延長了電池的循環(huán)壽命。另??夕卜，如圖１－２中，Ｃｕｉ課題組以陽極氧化鋁為模板設(shè)計合成了空心碳納米陣列，??并將其用作鋰硫電池正極載硫材料［２７］。該材料具有較大的高寬比，可以限制多硫??化鋰并減少其向電解液中的擴散，同時也具有足夠大的空間來容納硫的體積膨脹，??該材料在０．２?Ｃ循環(huán)３０圈后容量在９００?ｍＡｈ?ｇ－１以上，１５０圈后庫倫效率可以達(dá)??到?９９％。??＃？罾蠡?？〇？??？ＶＡＶ?＿．？？？？？？？？？??００６０?？蠡馨瘳??…?０？？??ＳＭａｌ??礬＃００?±Ｌｉ??謇籲＃?〇＃鮝??圖１－２中空碳納米纖維／硫復(fù)合結(jié)構(gòu)的工作原理圖。??金屬氧化物??盡管碳材料導(dǎo)電性較好，可以一定程度上提高硫的利用率，但是作為非極性??材料，碳對于多硫化鋰的吸附作用是有限的，其物理限域作用不足以解決多硫化??物的穿梭效應(yīng)，因此設(shè)計開發(fā)能有效吸附多硫化物的材料，緩解多硫化鋰的溶解??擴散，仍是鋰硫電池迫在眉睫的問題。??４??


本文編號：3327574