论文部分内容阅读
锂硫电池(Li-S)由于其高理论比容量(1675 mAh·g-1)、高能量密度(2600Wh·kg-1)、环境友好、低成本,被认为是最具有应用前景的高性能电池体系之一。尽管大量的工作已经对Li-S电池有所突破,然而,硫(S)及其放电产物具有电子、离子绝缘性,反应过程中的体积膨胀以及充放电过程中多硫化锂(LiPS)在电解液中的溶解和穿梭效应,这些都导致Li-S电池活性物质利用率低,循环寿命短,无法商业化。因此,急需开发具有良好导电性、具有大空间缓解体积膨胀以及能够抑制穿梭效应的Li-S电池正极材料。本论文主要从正极材料的设计合成方面开展研究。主要内容如下:1.以PAA-NH4纳米球(NSs)为模板,合成前驱体MnO(OH)2 NSs,再通过高温煅烧形成粒径均一、分散性好的多壳层Mn2O3NSs,在此基础上采用熔融-融合法制备Mn2O3-S复合材料,其中S含量达69.8%。0.2 C倍率下,恒电流充放电经过200个循环,容量保持率高达73.9%。该材料将多壳层的物理限制和金属氧化物对LiPS的化学吸附相结合,是理想的Li-S电池正极载体材料。2.以Na2S2O3、MnCl2·4H2O为主要原料,采用水热法合成MnS/PAANSs再高温煅烧得到MnS/C NSs,其小颗粒堆积结构便于MnS及时捕捉LiPS,接着通过熔融-融合法制备了MnS/C-S复合材料,其中S含量达71%。在1 C倍率下,初次放电容量为1191.5 mAh·g-1,400次循环后容量依然能够保持在463.3mAh·g-1,对应的容量保持率为53.1%,并具有较高的库伦效率。该材料充分地结合小颗粒堆积结构与纳米金属硫化物的优势,使其作为Li-S电池正极材料具备良好的循环性能。3.以PAA-NH4 NSs为模板,MnCl2·4H2O、CoCl2·6H2O为主要原料,首先合成MnS/Co9S8/PAA NSs前驱体,再高温晶化成MnS/Co9S8/C NSs,接着通过熔融-融合法制备了MnS/Co9S8/C-S复合材料,其中S含量达76%。电化学性能测试表明,MnS/Co9S8/C-S复合材料在1 C倍率下,初次放电容量为1132mAh·g-1,500次循环后容量依然能够保持在709 mAh·g-1,对应的容量保持率为62.6%,材料稳定性良好且具有较高的库伦效率。这主要归功于形成了MnS-Co9S8异质结构,促进了电荷传输、增强了表面反应动力学。