【摘要】：鋰硫電池(Li-S)其高能量密度(2600 wh kg~(-1))和硫電極豐富、廉價、無毒和高理論容量(1675 mAh g~(-1))吸引了人們越來越多的關(guān)注,有望成為下一代鋰電池的發(fā)展方向。但是鋰硫電池仍然有幾個問題需要解決:硫單質(zhì)和產(chǎn)物硫化鋰(LiS_2/Li_2S_2)的絕緣性,反應過程中的體積膨脹和可溶性多硫化鋰的擴散引起的“穿梭效應”。這些問題都嚴重地阻礙了鋰硫電池進一步的應用。本文分別采用原位溶膠凝膠法以及水熱法成功地制備氮摻雜炭氣凝膠(NCA),Cr_2O_3改性炭氣凝膠(Cr-CA)和WO_3修飾N摻雜炭氣凝膠(WNCA)復合材料。將這些材料作為硫單質(zhì)的碳基載體,制備出復合硫電極材料用于鋰硫電池,通過XRD、SEM、TEM、XPS和TG等表征手段分析材料的元素組成和形貌結(jié)構(gòu)。再使用一系列的電化學測試方法,研究N摻雜和金屬氧化物修飾對硫電極電化學性能的影響。結(jié)果表明,三氧化二鉻的摻雜顯著減小了炭氣凝膠的尺寸并形成了網(wǎng)絡互連結(jié)構(gòu)。納米Cr-CA復合材料具有較大的孔體積和較高的比表面積,具有較強的吸附能力,可有效固定多硫化物。Cr-CA/S電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,具有高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。特別是Cr2-CA/S陰極在電流倍率為0.2 C和2 C的初始比容量分別為1343和987 mAh g~(-1)。并且它具有良好的長循環(huán)壽命,在0.5 C下經(jīng)過300次循環(huán)后放電容量仍能達到873 mAh g~(-1)。其優(yōu)良的電化學性能主要歸功于Cr_2O_3對多硫化物的特殊錨定作用及其對氧化還原反應的催化效果。N摻雜后的碳球尺寸大小更加均勻,并且形成3D互聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。并且,原位氮摻雜引入了豐富活性位點用來吸附多硫化物。WO_3的修飾和N原子的摻雜的協(xié)同作用顯著地增強與多硫化物的化學親和力,對多硫化物有效錨定作用。因此,復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,具有高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。WNCA/S復合陰極在0.2 C下可達到1204 mAh g~(-1)的高放電容量。在0.5 C倍率下經(jīng)過300圈的循環(huán)每個循環(huán)的容量衰減率僅為0.094%。
【圖文】：

圖 1. 1 鋰硫電池結(jié)構(gòu)示意圖Fig 1.1 Schematic diagram of lithium-.2[8]和以下 5 個反應方程式中可以看出鋰硫電池的反應原理在二個平臺，第一個平臺范圍在 2.3 V 左右對應方程式（1.1被還原成中間產(chǎn)物為高階的 Sn2-（4≤n≤8）并且與鋰離子反些高階多硫化鋰溶于電解液中。隨著放電反應的進行，第 V 左右，對應于方程式（1.4）和（1.5），，多硫離子與鋰離解液的低階 Li2S2和 Li2S。充電過程則與放電反應完全相反化成 Li2Sn再進一步生成 S8分子，充放電反應中反應物的液-固，這種相變化的化學反應過程不同于傳統(tǒng)鋰離子電池應原理。

第三章 三氧化二鉻摻雜炭氣凝膠正極材料的制備及其性能研究學進行理論計算方法和計算電子結(jié)構(gòu)。因此，我們通過選擇一些金屬化合物來調(diào)節(jié)碳材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌，從而制定新的研究方案。同時，也通過量子力學的計算了解摻雜金屬化合物對多硫化物的錨定機理。在這項工作中，我們致力于通過建立電化學實驗和量子力學相結(jié)合的方法對Cr2O3與多硫化鋰的特殊化學相互作用機制進行全面了解。本章我們提出了一種簡便、高效的原位法去合成 Cr2O3摻雜炭氣凝膠微介孔復合材料（Cr-CA），作為鋰硫電池正極材料。下圖 3.1 詳細的闡述了 Cr-CA/S 復合材料的合成過程。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26;TM912

【參考文獻】

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1 劉冬;沈軍;李亞捷;劉念平;劉斌;;碳氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)及其對電化學超級電容器性能的影響[J];物理化學學報;2012年04期

本文編號：2651476