鋰硫電池具有高理論比容量和性價(jià)比,被認(rèn)為是一類具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦投坞姵亍５驗(yàn)榛钚晕镔|(zhì)硫和反應(yīng)產(chǎn)物硫化鋰電導(dǎo)率低以及中間產(chǎn)物多硫化鋰在電解液中發(fā)生“穿梭效應(yīng)”以及一系列副反應(yīng),造成鋰硫電池存在活性物質(zhì)利用率低,循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和庫(kù)倫效率差等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題,本論文通過(guò)可控合成制備了一系列新型MoO2-碳基復(fù)合多孔材料,研究了多孔結(jié)構(gòu)和材料組分對(duì)多硫化鋰吸附性的構(gòu)效關(guān)系,并通過(guò)密度泛函理論計(jì)算研究了多硫化鋰與不同材料之間的作用,具體內(nèi)容如下:(1)利用鉬酸根離子和多巴胺的配位絡(luò)合機(jī)理,通過(guò)改變多巴胺的添加量,調(diào)節(jié)鉬-多巴胺絡(luò)合物在兩相溶劑界面上的差異,制備不同空腔結(jié)構(gòu)的鉬-聚多巴胺球并分析反應(yīng)機(jī)制。進(jìn)而制備具有中空結(jié)構(gòu)的MoO2/N/C復(fù)合材料,熔融負(fù)載硫后形成MoO2/N/C/S復(fù)合電極材料,材料作為鋰硫電池正極表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。在電流密度1 C下循環(huán)200次,電池仍保持有642 mA h g-1的放電比容量,平均每次循環(huán)衰減率僅為0.07%。(2)使用鉬-聚多巴胺為配位聚合物粘結(jié)劑,實(shí)現(xiàn)了不同尺寸Si02粒子的超結(jié)構(gòu)組裝,形成的配合物框架具有良好的穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)高溫處理也...

【文章頁(yè)數(shù)】：112 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰硫電池概述
        1.2.1 鋰硫電池的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理
        1.2.2 鋰硫電池存在的主要問(wèn)題
    1.3 解決鋰硫電池問(wèn)題的方法
        1.3.1 多孔碳/硫復(fù)合材料
        1.3.2 雜原子摻雜的多孔碳/硫復(fù)合材料
        1.3.3 聚合物/硫納米復(fù)合材料
        1.3.4 極性的無(wú)機(jī)納米材料/硫復(fù)合材料
    1.4 選題依據(jù)
    1.5 研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和材料
    2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.3 電極材料表征
        2.3.1 X-射線衍射分析
        2.3.2 微觀表面形貌-掃描電子顯微鏡+能譜儀
        2.3.3 透射電子顯微鏡
        2.3.4 熱重分析
        2.3.5 比表面積和孔徑分布分析
        2.3.6 拉曼光譜分析
        2.3.7 傅里葉變換紅外光譜分析
        2.3.8 X射線光電子能譜分析
        2.3.9 紫外-可見(jiàn)分光分析
    2.4 電化學(xué)性能測(cè)試
        2.4.1 工作電極的制備和電池組裝
        2.4.2 充放電性能測(cè)試
        2.4.3 交流阻抗及循環(huán)伏安性能測(cè)試
第3章 MoO₂/N/C空心球及電化學(xué)性能
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及藥品
        3.2.2 鉬-聚多巴胺空心球的合成
        3.2.3 MoO₂/N/C球的合成
        3.2.4 MoO₂/N/C/S正極的制備
        3.2.5 組織/性質(zhì)表征
        3.2.6 電化學(xué)測(cè)試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 鉬-聚多巴胺空心球的反應(yīng)機(jī)理
        3.3.2 不同空腔的MPD-1、MPD-2和MPD-3的組織結(jié)構(gòu)
        3.3.3 不同空腔的MOC-1、MOC-2和MOC-3的組織結(jié)構(gòu)
        3.3.4 MOC-3/S中硫的組織結(jié)構(gòu)
        3.3.5 MOC-3/S的電化學(xué)性能表征
    3.4 本章小結(jié)
第4章 三維多孔MoO₂/N/C超結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及原料
        4.2.2 不同粒徑SiO₂納米球的合成
        4.2.3 Mo-PDA-SiO₂超結(jié)構(gòu)的自組裝
        4.2.4 SPS-150、SPS-50和SPS-14的合成
        4.2.5 SPS-150/S、SPS-50/S和SPS-14/S正極材料的制備
        4.2.6 可溶性Li₂S₆溶液的制備
        4.2.7 可溶性Li₂S₆的吸附實(shí)驗(yàn)
        4.2.8 組織/性質(zhì)表征
        4.2.9 電化學(xué)測(cè)試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Mo-PDA-SiO₂超結(jié)構(gòu)的自組裝
        4.3.2 3D Mo-PDA-SiO₂、MoO₂/N/C-SiO₂和MoO₂/N/C的組織結(jié)構(gòu)
        4.3.3 3D MoO₂/N/C/S超結(jié)構(gòu)中硫的組織結(jié)構(gòu)
        4.3.4 3D MoO₂/N/C/S超結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能表征
    4.4 本章小結(jié)
第5章 MOF衍生MoO₂/N/C多孔材料及電化學(xué)性能
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及原料
        5.2.2 MoO₂/N/C多孔材料前驅(qū)體制備
        5.2.3 正極材料制備
        5.2.4 Li₂S₆溶液的合成
        5.2.5 可溶性Li₂S₆的吸附實(shí)驗(yàn)
        5.2.6 電化學(xué)性能測(cè)試
        5.2.7 電催化性能測(cè)試
        5.2.8 組織/性質(zhì)表征
        5.2.9 理論計(jì)算
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 組織結(jié)構(gòu)
        5.3.2 硫的含量
        5.3.3 吸附能力
        5.3.4 電化學(xué)性能
    5.4 本章小結(jié)
第6章 (Cr/Mo/W)硫化物復(fù)合納米片及電化學(xué)性能
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 藥品及原料
        6.2.2 材料制備
        6.2.3 NCs-S、Cr₃S₄/C-S、MoS₂/C-S和WS₂/C-S正極材料的制備
        6.2.4 組織/性質(zhì)表征
        6.2.5 Li₂S₆溶液的合成
        6.2.6 可溶性Li₂S₆的吸附實(shí)驗(yàn)
        6.2.7 電化學(xué)性能測(cè)試
        6.2.8 對(duì)稱電池(Li₂S₆-Li₂S₆)的組裝
        6.2.9 理論計(jì)算
        6.2.10 模型
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 合成材料的組織結(jié)構(gòu)
        6.3.2 Cr₃S₄/C-S、MoS₂/C-S和WS₂/C-S中硫的組織結(jié)構(gòu)
        6.3.3 合成硫化物對(duì)LiPSs的電催化能力
        6.3.4 NCs-S和MS_x/C-S的電化學(xué)性能
        6.3.5 原子級(jí)別上Cr₃S₄、MoS₂和WS₂對(duì)LiPSs的電催化能力
    6.4 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號(hào)：3849739