本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池正極材料的制備以及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰硫電池具有理論能量密度高、成本低和環(huán)境友好等優(yōu)點,被認為是最有發(fā)展前景的能量存儲技術(shù)之一,但目前其實際應(yīng)用仍然受諸多因素限制,尤其是活性物質(zhì)硫和放電產(chǎn)物的絕緣性、中間產(chǎn)物聚硫化物的穿梭以及硫正極在循環(huán)過程中較大的體積變化等。盡管研究者們已經(jīng)報道了很多改性方案,尤其是將硫封裝于各類導(dǎo)電炭基多孔載體中,但這些方案在解決容量衰減和動力學(xué)滯后等問題方面的進展仍然有限。本文設(shè)計和制備了新的鋰硫電池復(fù)合正極材料,以導(dǎo)電中孔炭微球(MCM)為基礎(chǔ),將極性金屬氧/硫化物均勻地負載于MCM框架中,作為高效的硫正極載體材料,協(xié)同物理和化學(xué)吸附作用束縛聚硫化物,顯著改善了硫正極的電化學(xué)性能。此外,本文還將理論模擬計算與電化學(xué)測試以及其他表征方法進行了有效結(jié)合。論文的主要結(jié)論如下:(1)通過液相浸漬法將Nb2O5納米顆粒負載到MCM框架中,隨后用熔融浸漬法負載單質(zhì)硫后得到了高倍率性能的MCM/Nb2O5/S復(fù)合正極材料。吸附實驗和理論計算共同表明,與MCM相比,MCM/Nb2O5復(fù)合載體材料結(jié)合了物理和化學(xué)吸附作用,對聚硫化物具有更強的束縛能力。此外,本文利用循環(huán)伏安測試對硫正極的電化學(xué)動力學(xué)進行了分析和計算,結(jié)果表明,Nb205納米顆�？梢宰鳛橐环N電化學(xué)催化劑,明顯促進聚硫化物還原反應(yīng)動力學(xué),尤其是長鏈Li2S6/Li2S4還原為短鏈Li2S2/Li2S的液固反應(yīng)階段。結(jié)合以上各優(yōu)勢,所得MCM/Nb205/S復(fù)合正極材料在0.5C的電流密度下,首次放電容量為1289 mAh g~(-1)，在循環(huán)200次后仍能保持913 mAh g~(-1)的可逆容量。更重要的是,此復(fù)合正極在5C下的倍率容量高達887 mAh g~(-1),在2C下循環(huán)500次后的可逆容量高達650 mAh g~(-1)，體現(xiàn)了高放電比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和超高的倍率性能。同時,這種利用電催化加快聚硫化物還原反應(yīng)速率的新思路,也為未來高倍率且長循環(huán)的鋰硫電池的設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。(2)采用水熱法在MCM框架中分別負載了 MoS_2和MoO_2,分別得到MCM/MoS_2和MCM/MoO_2復(fù)合材料,作為硫正極的載體材料。實驗結(jié)果表明,在MCM中添加MoS_2或MoO_2后,硫正極的電化學(xué)性能均有明顯的提高,其中MCM/MoS_2/S正極表現(xiàn)出更高的容量、更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。此外,MoS_2在硫正極的工作電壓窗口內(nèi)具有電化學(xué)活性,可以提供附加容量,且能在醚系電解液中保持穩(wěn)定的放電容量。當用MoS_2替代部分非電化學(xué)活性的載體時,可以提高硫正極的整體容量。這種利用電化學(xué)活性的載體提高電極整體容量的思路為進一步提高硫正極的電化學(xué)性能提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM912

【相似文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陶穎卿;鋰硫電池正極材料的制備以及電化學(xué)性能研究[D];華東理工大學(xué);2017年

2 吳凡;有機聚硫化物的合成及其緩蝕性能研究[D];武漢紡織大學(xué);2011年

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本文編號：1293162