鋰硫（Li-S）電池具有高能量密度(2600 Wh kg^-1)和低的成本的優(yōu)勢,顯示出巨大的高能儲存應(yīng)用的潛力。但是,它的實(shí)際應(yīng)用仍然受到很多限制,主要源于硫的導(dǎo)電性差、多硫化物的“穿梭效應(yīng)”、充放電過程中的體積膨脹三個(gè)問題。針對硫正極以上的缺陷,本文主要從兩方面改善鋰硫電池正極材料的電化學(xué)性能:一、選用過渡金屬類化合物作為硫的載體,利用過渡金屬對多硫化物優(yōu)越的吸附性能來緩解多硫化物溶解的問題,利用過渡金屬化合物良好的導(dǎo)電率來改善硫電極的導(dǎo)電性問題;二、通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效緩解電極材料在循環(huán)過程中的體積膨脹和多硫化物擴(kuò)散的問題。（1）通過直接沉淀法合成顆粒均勻的Co（OH）₂材料,經(jīng)過磷化處理得到一種類珊瑚狀的硫載體材料CoP。將其應(yīng)用到鋰硫正極中,通過對比硫電極分析了材料CoP對電池性能的影響。載體材料CoP擁有相互連接的結(jié)構(gòu)能夠物理限制多硫化物和縮短電子/離子傳輸?shù)挠行窂?并利用材料的極性來化學(xué)吸附多硫化物。結(jié)果表明,在0.1 C下,CoP@S電極材料有高的比容量826 mAh/g,經(jīng)過500次循環(huán)后容量還保持有438 mAh/g,相... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰-硫電池的結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1.1 鋰-硫電池的結(jié)構(gòu)示意圖[12]硫電池中，由于充放電過程受到多重因素影響，因此電化學(xué)反的，如圖 1.2 所示[13]，在有機(jī)電解液中，硫正極的兩步放電過同的放電平臺。(1) 放電平臺在 2.4-2.1 V 附近，是皇冠狀的成可溶性的長鏈狀的 Sn2-(4≤n≤8)過程；(2) 放電平臺在 2.1-電區(qū)域，是長鏈的多硫化物轉(zhuǎn)化為低價(jià)的多硫化物 Sn2-(2≤電池的充電平臺在2.5-2.4 V附近，充電過程則是由還原產(chǎn)物L(fēng)i化成 S8和 Li2Sm(6≤m≤8)(并不能完全氧化成 S8)。

[40]設(shè)計(jì)了一種簡單的一步氧化法制備多孔碳納米管(PCNTs)，如圖1.3所示，相比于未加工的碳納米管，PCNTs有高的比表面積、大的孔體積以及豐富的含氧官能團(tuán)。當(dāng)PCNTs-S作為鋰硫電池的正極材料時(shí)，多孔的存在有利于活性物質(zhì)和管的充分接觸，加速反應(yīng)進(jìn)程，氧化官能團(tuán)的加入可以提高對反應(yīng)產(chǎn)生的多硫化物的束縛作用。從而實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。圖1.3 多孔碳納米管(PCNTs)的合成機(jī)理[40]同時(shí)，Zhou課題組[41]制備了一種多功能的氮摻雜多孔碳纖維網(wǎng)絡(luò)作為鋰硫電池硫正極的載體(如圖1.4)。一方面改性后的材料仍保留了電子的傳輸通道，具有高的導(dǎo)電性，這種相互聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)可以縮短傳輸路徑，提高反應(yīng)的接觸面積；另一方面氮原子的修飾作用提高了對多硫化物的固定作用。結(jié)合以上結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，以這種材料為載體的復(fù)合硫正極在0.2 C下充放電


本文編號：3050421