鋰硫電池作為新一代的二次電池,具有比容量高（1675 mAh g-1）、能量密度大（2500 whkg-1）、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),是一種極具前景的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而,鋰硫電池體系中正極材料活性物質(zhì)S電導(dǎo)率低,充放電過程中體積發(fā)生膨脹,中間產(chǎn)物多硫化物會(huì)溶解于電解液并在正負(fù)極之間擴(kuò)散等問題,嚴(yán)重制約了鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用。本文針對(duì)以上存在的問題,對(duì)鋰硫電池正極材料的優(yōu)化改性進(jìn)行了研究。旨在制備多功能的納米材料作為硫的載體,以提高正極材料的導(dǎo)電性,緩解充放電過程中的體積膨脹效應(yīng),同時(shí)對(duì)多硫化鋰有強(qiáng)的相互作用力。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.以生物質(zhì)玉米棒為原料,制備了陣列氮摻雜碳納米管@介孔碳的復(fù)合材料。在800℃煅燒2 h的過程中,玉米棒既提供了碳源,也提供了少量的鐵作為催化劑,同時(shí)三聚氰胺作為一種氮源,此過程中大量的碳納米管有序在中孔炭框架上垂直生長(zhǎng),得到一種擁有獨(dú)特結(jié)構(gòu)得到的復(fù)合碳材料。復(fù)合材料中碳納米管的直徑約為50 nm,它們的長(zhǎng)度從0.1到10 μm不等,其長(zhǎng)度可以通過調(diào)整預(yù)處理的玉米棒與三聚氰胺的比例來控制。將該復(fù)合材料作為鋰硫電池正極材料,電池展現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定... 

【文章來源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?（ａ）鋰硫電池工作原理圖（ｂ）鋰硫電池的充放電曲線［６］??．．

Ｓｕ等人［２（）］用硫代硫酸鈉為硫源，通過滴定法與稀鹽酸反應(yīng)在多壁碳納米??管上原位負(fù)載了硫單質(zhì)，然后通過真空抽濾手段制備了無需粘結(jié)劑和集流體的自??支撐硫電極（圖１．４），該電極展現(xiàn)了很高的比容量，在１Ｃ時(shí)放電比容量為１３５２??ｍＡｈｇ－１，在４Ｃ時(shí)也有ｌＯＵｍＡｈｇ－１。Ｋａｎ等［２１］通過水熱法合成Ｔｅ／Ｃ納米線，??在９００°Ｃ氮?dú)夥諊峦驶穑缓笏崽幚沓ィ裕宓玫搅硕嗫坠鼙诘目招奶技{米管（圖??１．５）。在１．４Ｖ－２．８Ｖ的電壓窗口時(shí)表現(xiàn)出最高的比容量，在１６００?ｍＡｇ＿１高電流??密度下循環(huán)１５０圈后容量保持在５５８?ｍＡｇＭ，容量衰減率為０．１３％每圈。Ｊｉｎ等人??［２２］以Ａ００為硬模板，采用氣相沉積方法法（ＣＶＤ），以納米銅為催化條件下合??成了內(nèi)部原位生長(zhǎng)小碳管的空心碳管的復(fù)合材料（ＣＮＴ＠ＣＮＴｓ），該材料很好的結(jié)??合了空心碳和碳納米管的優(yōu)點(diǎn)，硫含量達(dá)到８５．２％時(shí)也表現(xiàn)出了十分優(yōu)異的性能，??電流密度為０．１?Ｃ時(shí)

二維材料是伴隨著２００４年曼切斯特大學(xué)Ａｎｄｒｅ?Ｇｅｉｍ小組成功分離出單原的石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅ）而提出的。隨后其他類似的二維材料如氮化硼（ＢＮ）硫化鉬（ＭｏＳ２）和二硫化錫（ＷＳ２）等也逐漸被發(fā)現(xiàn)和提出。由于二維材料比表面積及其獨(dú)特的性質(zhì)，近年來被廣泛應(yīng)用于光電、催化、生物和化學(xué)等。Ｊｉ等人［２３］在２０１１年通過簡(jiǎn)單的化學(xué)法將納米硫負(fù)載在氧化石墨烯上（圖１．６），然后進(jìn)一步熱處理使表面有的塊狀的硫熔融進(jìn)入到孔中，由于氧化石墨硫之間強(qiáng)的作用力以及納米硫均勻的分散，提高了硫的利用率，展現(xiàn)了良好環(huán)穩(wěn)定性。Ｚｈｏｕ課組［２４］巧妙地利用溶液離子強(qiáng)度效應(yīng)制備了氧化石墨烯包的復(fù)合材料（圖１．６ｃ，ｄ）。此法簡(jiǎn)單易行，條件溫和，且包覆效果好，具有很適用性。該材料（ｓｕｌｆｕｒ／ＧＯ）用作鋰硫電池正極材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)－６－??


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