【摘要】：鋰硫電池具有極高的能量密度(2600 Wh kg~(-1))和高比容量(1675 m Ah g~(-1)),被認為是最具有應用前景的下一代電池,已成為近年來的研究熱點。盡管硫資源豐富、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點,但硫正極本身固有的問題極大的限制了鋰硫電池的實際應用。本文利用金屬有機框架(MOFs)的衍生物作為限硫載體對硫正極材料進行改進,通過合理設(shè)計得到具有MOFs特性的衍生物,實現(xiàn)對材料的孔分布和成分比例的有效調(diào)控,成功制備出形貌良好、尺寸均勻的鈷、氮共摻雜蛋黃殼結(jié)構(gòu)的納米多面體材料。該類材料用于硫正極呈現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。此外,通過在MOFs殼層外生成TiO_2后增強了對多硫化物的化學吸附作用,使鋰硫電池表現(xiàn)出更好的電化學性能。具體研究內(nèi)容如下:1.利用靜電吸附原理,在羥基化多壁碳納米管(CNTs)外原位生長ZIF-67制備了ZIF-67/CNTs復合材料;通過熔融擴散法,制備出高含硫量的S@Co-N-C/CNTs蛋黃殼結(jié)構(gòu)納米多面體復合材料。該復合材料優(yōu)異的導電性、內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)對硫體積膨脹的緩沖以及鈷、氮摻雜對多硫化物的化學吸附等協(xié)同作用,使硫正極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,當電流密度為1675m A g~(-1)(1 C)時,300次循環(huán)后的比容量達到712.2 m Ah g~(-1)。2.為了增強限硫載體對多硫化物的化學吸附作用,利用靜電吸附作用在ZIF-67外面包覆一層厚度適當?shù)臒o定形Ti(OH)x,碳化后得到TiO_2包覆的碳多面體。TiO_2的引入不僅增強了對多硫化物的吸附,而且也限制了內(nèi)部硫的流失,使硫正極表現(xiàn)出良好的電化學性能,電流密度為3350 m A g~(-1)(2 C)時,300次循環(huán)后的比容量達到384 m Ah g~(-1)。
【圖文】：

南京郵電大學碩士研究生學位論文 第一章 視，并掀起了鋰硫電池研究熱潮。經(jīng)過近 10 年的快速發(fā)展，目前關(guān)于鋰硫電池的文獻已經(jīng)達到 5000 余篇，圖 1.1 展Web of Science 中檢索 lithium sulfur battery 得到的統(tǒng)計結(jié)果分析。近幾年來，發(fā)表有硫電池的文章數(shù)量呈指數(shù)趨勢增長，其中 2017 年共發(fā)表 1301 篇文獻，比 2016 年增加了篇，說明鋰硫電池依舊是廣大科研工作者研究的熱點，有助于實現(xiàn)鋰硫電池的商業(yè)化。

這兩個階段對應于電壓容量曲線的兩個平臺，以及循環(huán)伏安圖中。如圖 1.2 所示，較高的平臺位于 2.2-2.3 V，這與產(chǎn)生長鏈多硫化物有關(guān)：S8+ 2 Li→Li2S8(2)Li2S8+ 2Li→2Li2S4(3)鏈多硫化物（Li2Sx，x≥4）可溶于電解質(zhì)中，因此第一個平臺是固-液轉(zhuǎn)變。硫池的性能十分重要，因為此過程即使電極表面發(fā)生變化也使內(nèi)部硫進行還原。溶性多硫化物容易擴散出陰極，這導致活性材料的不可逆損失。多次循環(huán)的結(jié)漸被破壞，電池再次充電時電池退化。1.9-2.1V 的較低平臺對應短鏈多硫化物的Li2S4+2Li→2Li2S2(4)Li2S2+ 2Li→2Li2S (5)著硫鏈不斷縮短，多硫化物的溶解度降低，電解質(zhì)的粘度增加，直到不溶解的。多硫化物的液體-固體轉(zhuǎn)變貢獻了電池的主要容量，，較低階段長的平臺也證明
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912

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