硫作為正極材料,理論比容量高達1675 mAh g^-1;同時,硫的資源豐富,價格低廉,對環(huán)境友好。硫正極與金屬陽極鋰或鈉匹配,形成的鋰硫（Li-S）電池和室溫鈉硫電池（RT Na-S）是非常有潛力的高能量密度電池體系。目前,鋰硫電池或室溫鈉硫電池在實際應用方面還存在一些問題,包括硫單質(zhì)的絕緣性以及多硫化物的“穿梭效應”等。研究表明將聚丙烯腈聚合物與硫單質(zhì)在一定溫度下復合,得到的硫化聚丙烯腈（S@pPAN）作為鋰硫電池或室溫鈉硫電池中的正極材料,能一定程度上抑制多硫化物的溶解。硒作為硫的同族元素,電子電導率遠高于硫,同時本身也可以應用在高倍率的鈉硒電池中。因此,我們提出將硒作為“共熔加速劑”引入到S@pPAN中,提高S@pPAN的反應動力學和電化學性能。并對這種硒摻雜的S@pPAN復合正極材料的儲鋰或儲鈉性能做了以下兩點研究:（1）分析了不同溫度下合成的SeS₂@pPAN復合材料的形貌結(jié)構(gòu)差異與電化學性能的區(qū)別。結(jié)果表明450℃下合成的SeS₂@pPAN正極材料,理論比容量最高,在酯類電解液中的電化學性能最好。同時,該復合... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型二次電池的理論能量密度和實際能量密度對比圖

圖 1.2 (a) Li-S 電池的充放電過程示意圖[10]，(b) Li-S 電池的充放電機理圖[11]。Figure 1.2 (a) Schematic diagram of a Li-S cell with its charge/discharge operations[10], (b) Electrochemistry of sulfur showing an ideal charge-discharge profile[11].1.3 鋰硫電池存在的問題雖然硫正極與鋰負極可以匹配成高比能 Li-S 電池，但是其中也存在一些固有的缺點，會引起人們對其安全性和成本效益的擔憂。硫正極方面存在的主要問題為：（1）硫的電子電導率低（5×10-30S cm-1）以及放電產(chǎn)物 Li2S 的絕緣特性導致傳遞電荷遇到阻礙，活性材料的利用率很低；（2）長鏈的多硫化物 Li2Sx(x=4-8)易溶解到醚類電解液中，其中有一些在放電結(jié)束后不會重新回到正極，導致在鋰化過程中容量的快速衰減；（3）單質(zhì)S8的密度為2.03 g cm-3，完全放電產(chǎn)物 Li2S 的密度是 1.66 g cm-3。反應過程中，正極材料 S8轉(zhuǎn)化為 Li2S，發(fā)生約 80%的體積膨脹，較大的體積變化會使得電極結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成活性物質(zhì)

這種核殼結(jié)構(gòu)的 S-GO 作為正極材料，電池在 0.6C 下能穩(wěn)定循環(huán) 1000 次，比容仍然還有 800 mAh g-1。4.1.3 三維碳/硫復合材料三維碳/硫結(jié)構(gòu)中有代表性的工作之一是 2009 年 Nazar 團隊合成了內(nèi)孔體積為2 cm3g-1，比表面積高達 2445 m2g-1的球形有序介孔炭[20]應用于 Li-S 電池。他使用 CMK-3 作為介孔碳支架，這種介孔碳是由一排 6.5nm 的空心碳棒組成，這碳棒由 3-4nm 的通道空隙隔開。由于硫在 155℃下的粘度最低，所以在該溫度下，通過熔融擴散的方法滲透到 CMK-3 結(jié)構(gòu)中，與導電碳壁保持緊密接觸。通過使 CMK-3 的介孔結(jié)構(gòu)來捕捉多硫化物，Nazar 團隊證明了 Li-S 電池可以在 0.1C 的率下穩(wěn)定循環(huán) 20 圈，比容量高達 1005 mAh g-1。用親水性的聚乙二醇對碳材料表進行改性可以將比容量提高到 1320 mAh g-1。這項工作促進了 Li-S 電池領域的快發(fā)展，尤其是在利用高導電碳封裝硫正極方面。


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