【摘要】：鋰離子電池是當(dāng)下使用最為廣泛的二次電池,但其負(fù)極材料卻面臨著能量密度低、循環(huán)壽命差、倍率性能不高等問題。為解決這些問題,開發(fā)高比能、長壽命新型負(fù)極儲(chǔ)能材料將顯得十分關(guān)鍵。鋰硫電池的理論比容量高達(dá)1675 mAh g-1,是目前備受關(guān)注的二次電池。然而,當(dāng)前鋰硫電池硫正極材料的發(fā)展仍面臨著諸多問題,比如導(dǎo)電率差、體積膨脹嚴(yán)重、多硫化物易溶解等。而解決上述問題,關(guān)鍵在于研發(fā)導(dǎo)電率高、硫封裝能力好、可適應(yīng)體積膨脹以及較好地抑制多硫化物溶解的新型硫載體材料。本論文以叔丁基胺硼烷和離子交換樹脂為前驅(qū)體,在過渡金屬的催化下,通過一步高溫催化裂解合成了兩種新型石墨烯基納米材料。該兩種新型石墨烯基納米材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極和鋰硫電池正極時(shí),能有效地解決鋰離子電池負(fù)極和鋰硫電池正極所存在的問題。具體的研究內(nèi)容如下:1.以含有氮、硼原子的叔丁基胺硼烷為前軀體,在金屬鈷的催化下,通過簡易的一步高溫催化裂解法,合成了新型三維褶皺氮硼雙元自摻雜石墨烯。三維褶皺結(jié)構(gòu)可減少石墨烯的團(tuán)聚,原子摻雜形成的大量活性缺陷能有效地提高Li+的吸附和擴(kuò)散,從而較好地提升鋰離子電池負(fù)極的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),該電極材料(NBGs-1000)在50 mA g-1充放電下,可逆比容量高達(dá)909 mAh g-1。在大電流密度500 mAg-1下循環(huán)充放電500圈的每循環(huán)衰減率僅為0.064%。同時(shí),1Ag-1和2Ag-1放電速率下的倍率性能優(yōu)異,分別為429 mA h g-1和318 mA h g-1。2.以離子交換樹脂為前驅(qū)體,通過交換鎳和鈷作為雙元催化劑,一步高溫催化裂解合成了碳納米管簇原位生長于三維多孔網(wǎng)狀石墨烯復(fù)合材料(CNTs@3DG)。三維多孔網(wǎng)狀石墨烯可為碳納米管提供獨(dú)特的多維支撐結(jié)構(gòu),且碳納米管簇原位生長于三維多孔網(wǎng)狀石墨烯中,與石墨烯層壁相互“錨定”,形成了穩(wěn)定的碳納米管與石墨烯相互連接的三維結(jié)構(gòu),這為鋰離子和電子的傳輸提供了便捷的通道。此外,經(jīng)KOH活化后的CNTs@3DG復(fù)合材料具有豐富的微孔、介孔和大孔結(jié)構(gòu),比表面積高達(dá)1673 m2 g-1粉末導(dǎo)電率也高至1055 S m-1。在100 mA g-1充放電下,CNTs@3DG復(fù)合負(fù)極表現(xiàn)出超高的可逆比容量(1132 mAh g-1),200圈充放電后的容量保持率為93%。更顯著地,在大電流密度1Ag-1和2 Ag-1充放電下,1000圈循環(huán)過程中,每圈的容量衰減率僅為0.017%和0.025%。3.碳納米管簇原位生長于三維多孔網(wǎng)狀石墨烯復(fù)合材料可作為高效的鋰硫電池硫載體材料(3DG-CNTs)。與三維石墨烯內(nèi)層交互相連的簇狀碳納米管可通過毛細(xì)作用,以減少高載硫時(shí)的硫團(tuán)聚現(xiàn)象。另外,豐富的孔結(jié)構(gòu)、以及CNTs簇與三維網(wǎng)狀石墨烯形成的限域空間,能抑制多硫化物的溶解,減少充放電過程中產(chǎn)生的“穿梭效應(yīng)”以提高硫的利用率。在81.6%高載硫量時(shí),3DG-CNTs/S正極在電流倍率為0.5 C和1 C充放電下,首圈比容量分別為1229mAhg-1和90mAhg-1。在500圈充放電過程中,每圈的容量衰減率僅為0.044%和0.059%。
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【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912
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本文編號(hào)：2328629