【摘 要】
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与传统锂离子电池相比,锂硫电池具有诸多优点,因此极具发展前景。然而,其不可避免的缺陷也严重限制了其实际应用。比如,硫和硫化锂的绝缘性显著增大了电池能量损耗;硫和硫化锂的密度差距较大,导致电极体积变化较大致使损坏;此外,电化学反应的中间产物多硫化锂引起穿梭效应,造成电池容量及能量的损失,等等。因此,选择一种能够提高导电性、缓冲电极的体积变化、吸附多硫化锂的电池正极载硫材料十分重要。本文以ZIF-67
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与传统锂离子电池相比,锂硫电池具有诸多优点,因此极具发展前景。然而,其不可避免的缺陷也严重限制了其实际应用。比如,硫和硫化锂的绝缘性显著增大了电池能量损耗;硫和硫化锂的密度差距较大,导致电极体积变化较大致使损坏;此外,电化学反应的中间产物多硫化锂引起穿梭效应,造成电池容量及能量的损失,等等。因此,选择一种能够提高导电性、缓冲电极的体积变化、吸附多硫化锂的电池正极载硫材料十分重要。本文以ZIF-67为原材料,通过在高温下碳化和氧化等处理手段来制备锂硫电池的正极载硫材料,并对材料进行了形貌结构表征、对多硫化锂的吸附性能测试和装配电池后的电化学测试等。通过研究分析载硫材料的结构与成分对其吸附性能和装配电池后电化学性能的影响,得出结论如下:（1）ZIF-67的碳化产物一种金属钴微粒嵌入石墨碳骨架上的多孔材料（Co-NC600）。该材料与ZIF-67相比具有更大的孔隙、良好的导电碳骨架以及裸露的金属位点。更大的孔隙结构使得材料具有更加优异的离子传输能力和吸附多硫化锂的能力;导电碳骨架使材料具有更良好的电导性;裸露的金属位点则令材料具有显著的化学吸附多硫化锂的能力。因此使用Co-NC600的电池在电化学性能方面具有更好的作用,初始放电比容量在不同的倍率情况下数值不同,当倍率为0.2 C的时候,对应的是1228 mAhg-1;在1 C的倍率下的初始放电比容量为1042 mAhg-1,经过1000次循环时平均每次循环的容量衰减率为0.08%;当电池的载硫密度为3.68 mg cm-2的时候,第1次循环的放电比容量在倍率为1 C情况下对应的是838 mAhg-1。（2）ZIF-67的氧化产物为钴氧化物嵌在碳骨架上的多孔材料。当氧化温度为250°C时（Co-A250）,材料的主要组成相为Co O和Co3O4。两种氧化物相的复合作用增强了其中单一相对多硫化锂的吸附能力;此外材料拥有良好的孔隙结构,极大提高了粒子流通能力。因此使用Co-A250的电池在电化学性能方面具有更好的优点,该电池在0.2 C倍率的情况下,对应的初始放电比容量可以达到较大的数值,相应的数值大小是1190 mAhg-1,当倍率为1 C的时候,对于初始放电比容量而言,对应的大小是986 mAhg-1,在循环充放电的次数达到1000次的时候,计算出容量衰减率的大小是0.07%;当电池的载硫密度达到3.76 mg cm-2时,当倍率为1 C的情况下,进行第1次循环充放电,得到的放电比容量大小是818 mAhg-1。
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