【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(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的下一代電池,已成為近年來的研究熱點(diǎn)。盡管硫資源豐富、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),但硫正極本身固有的問題極大的限制了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。本文利用金屬有機(jī)框架(MOFs)的衍生物作為限硫載體對(duì)硫正極材料進(jìn)行改進(jìn),通過合理設(shè)計(jì)得到具有MOFs特性的衍生物,實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qiáng)了對(duì)多硫化物的化學(xué)吸附作用,使鋰硫電池表現(xiàn)出更好的電化學(xué)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(fù)合材料;通過熔融擴(kuò)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(fù)合材料。該復(fù)合材料優(yōu)異的導(dǎo)電性、內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)對(duì)硫體積膨脹的緩沖以及鈷、氮摻雜對(duì)多硫化物的化學(xué)吸附等協(xié)同作用,使硫正極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,當(dāng)電流密度為1675m A g~(-1)(1 C)時(shí),300次循環(huán)后的比容量達(dá)到712.2 m Ah g~(-1)。2.為了增強(qiáng)限硫載體對(duì)多硫化物的化學(xué)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(dāng)?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(qiáng)了對(duì)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(xué)性能,電流密度為3350 m A g~(-1)(2 C)時(shí),300次循環(huán)后的比容量達(dá)到384 m Ah g~(-1)。
【圖文】：

南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)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(xiàn)已經(jīng)達(dá)到 5000 余篇，圖 1.1 展Web of Science 中檢索 lithium sulfur battery 得到的統(tǒng)計(jì)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(shì)增長，其中 2017 年共發(fā)表 1301 篇文獻(xiàn)，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(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)鋰硫電池的商業(yè)化。

這兩個(gè)階段對(duì)應(yīng)于電壓容量曲線的兩個(gè)平臺(tái)，以及循環(huán)伏安圖中。如圖 1.2 所示，較高的平臺(tái)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(gè)平臺(tái)是固-液轉(zhuǎn)變。硫池的性能十分重要，因?yàn)榇诉^程即使電極表面發(fā)生變化也使內(nèi)部硫進(jìn)行還原。溶性多硫化物容易擴(kuò)散出陰極，這導(dǎo)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(shí)電池退化。1.9-2.1V 的較低平臺(tái)對(duì)應(yīng)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(xiàn)了電池的主要容量，，較低階段長的平臺(tái)也證明
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林宜;;用改性粘接劑試制礦棉板[J];建材工業(yè)信息;1987年15期

2 修璐;美國高強(qiáng)砼的研究現(xiàn)狀及新研究課題方向[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);1988年06期

3 朱璧英;;影響照相影像效應(yīng)諸因素的東西方專題討論會(huì)[J];感光材料;1989年01期

4 劉桐;對(duì)常用錳礦的質(zhì)量分析和調(diào)查[J];電池;1989年03期

5 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化學(xué)性能評(píng)述[J];山東建材學(xué)院學(xué)報(bào);1989年01期

6 烏.赫.阿卡耶夫;馬文杰;;聚丙烯結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的穩(wěn)定[J];合成材料老化與應(yīng)用;1989年04期

7 黃華;;載鉑鈷酸鑭的制備與電化學(xué)性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2016年06期

8 許占位;王天;劉鑫悅;段欣彤;杜釗;王盈;;氣氛對(duì)鉬酸銨分解的影響及產(chǎn)物的電化學(xué)性能[J];陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào);2017年03期

9 豐洪微;劉向東;田曉;;儲(chǔ)氫合金電化學(xué)性能影響因素的研究進(jìn)展[J];金屬功能材料;2009年05期

10 劉春蓮;;《材料化學(xué)性能》課的教學(xué)實(shí)踐[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版);2002年S1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王貴欣;周固民;瞿美臻;江奇;王國平;馮永成;張伯蘭;于作龍;;兩種碳納米管在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2003年

2 仇鵬;周佳盼;米紅宇;;石墨烯/碳納米管復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[A];中國化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第24分會(huì)：化學(xué)電源[C];2014年

3 耿芹;梁小玉;王吉德;宿新泰;;二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

4 郄富昌;彭慶文;唐致遠(yuǎn);;鋰離子電池負(fù)極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

5 盧星河;韓冬;張廣清;馬楠;姚宏偉;;聚合物鋰離子電池碳負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（4）[C];2007年

6 劉志超;盧嘉春;黃萍;朱敏華;方荃;;幾種氟化碳材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能研究[A];第八屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議摘要[C];2013年

7 許越;周德瑞;周景玲;孫碩;;乙醛肟的電化學(xué)性能研究[A];第九屆全國緩蝕劑學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];1995年

8 趙曉;鄭明濤;胡航;肖勇;劉應(yīng)亮;;石墨烯/碳量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能[A];第七屆中國儲(chǔ)能與動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2015年

9 張曉駿;劉明賢;段輝;甘禮華;陳龍武;;石墨烯/多孔碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[A];中國化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第26分會(huì)：膠體與界面[C];2014年

10 劉瑞平;蘇偉明;賀鵬;張超;沈超;;中空結(jié)構(gòu)TiO_2基鋰離子電池負(fù)極材料的合成與電化學(xué)性能[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十分會(huì)：化學(xué)電源[C];2016年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 徐蒞 新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司;稀土和鈷摻雜錳酸鋰的電化學(xué)性能研究[N];新疆科技報(bào)(漢);2011年

2 ;十年磨一劍真情鑄輝煌[N];中國國門時(shí)報(bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 白雪;鎳、鈷基氫氧化物微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

2 吳田;鎳基體系三維電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

3 馬藝寧;層狀結(jié)構(gòu)釩氧基化合物的制備及電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

4 吳麗軍;釩氧（硫）化物鋰離子電池正極材料制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 王艷;新型有機(jī)質(zhì)高性能負(fù)極材料的電化學(xué)性能和儲(chǔ)鋰機(jī)制[D];蘇州大學(xué);2018年

6 彭旭;二維組裝薄膜電子/離子輸運(yùn)與電化學(xué)性能[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

7 程秋實(shí);鈦鈮氧化物負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

8 楊杰;新型贗電容電極材料合成及其電化學(xué)性能的研究[D];福州大學(xué);2015年

9 朱丹;鉍基含氧酸鹽納米材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];南京理工大學(xué);2018年

10 張孟雄;釩基鋰電池電極材料的合成及其電化學(xué)性能研究[D];武漢大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王健;鈮基氧化物的制備與改性及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

2 辛利君;基于ZIF-8的氮摻雜多孔碳材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

3 李衛(wèi)霞;幾種鉬系氧化物的合成及性能研究[D];河南師范大學(xué);2018年

4 王芳;Co_3O_4基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 胡志海;磷酸鐵鋰的制備、改性及電化學(xué)性能研究[D];湖北工業(yè)大學(xué);2018年

6 邵春風(fēng);多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究[D];桂林電子科技大學(xué);2018年

7 陳秋立;雜原子摻雜多孔碳材料的制備、表征及其電化學(xué)性能研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2018年

8 孫淑婷;Mg-Cl和Mg-Br雙摻雜對(duì)Li_3V_2(PO_4)_3材料性能影響[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

9 施玉紅;鋅錳尖晶石過渡金屬氧化物的制備與電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

10 毛亞雄;鋰離子電池硅基薄膜負(fù)極的磁控濺射法制備與電化學(xué)性能[D];華南理工大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2663481