硒碳复合正极材料的设计及储锂性能研究

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锂硒电池是一类以硒为活性物质的正极材料的新型储锂二次电池。锂硒电池由于具有较高的理论容量(675 mA h g-1),体积比容量(3253 mA h cm-3)及硒具有较好的导电率(1×10-3 S/m),是锂硫电池在未来的最佳的替代品。但是锂硒电池和锂硫电池一样也面临两大难题:穿梭效应和体积膨胀。这两大问题会使锂硒电池的循环稳定性较差,容量衰减较快。因此,解决上述两大问题是研究锂硒电池的核心。本论文针对以上两大问题,以发展高性能锂硒电池为目的,设计和合成了具有原位掺氮多孔结构的碳-硒复合正极材料,用以提升锂硒电池的电化学性能。本文主要研究了原位掺氮多孔碳-硒,原位掺氮核壳结构等级孔多孔碳-硒,原位掺氮多孔碳纳米纤维-硒的储锂性能。1.以ZIF-8和ZIF-67为多孔碳材料的前驱体,采用共融法制备得硒碳复合,制得Se/C-ZIF-8和Se/C-ZIF-67。由于前驱体合成的配体中含氮元素,所得碳均原位掺氮。Se/C-ZIF-8和Se/C-ZIF-67均表现出较好的倍率性能,由于前驱体ZIF-8的稳定性不如ZIF-67,在煅烧过程中结构严重坍塌,导致Se/C-ZIF-8的循环稳定性不如Se/C-ZIF-67。2.基于工作1的实验结果,为了得到颗粒较小,结构稳定的多孔碳材料,用核壳结构的ZIF-8@ZIF-67来为多孔碳材料的前驱体。通过煅烧得到了原位掺氮的核壳结构等级孔碳材料(Se/N-CSHPC)。采用常温搅拌法合成了三种金属源比例的前驱体ZIF-8@ZIF-67。结果表明,当金属源摩尔比为1:1的时候,锂硒电池可以获得相对较好的电化学性能。3.基于工作2将性能最佳的前驱体通过静电纺丝技术纤维化,煅烧得到柔性多孔碳纳米纤维,通过共融法得到Se/N-HPCFs。这种碳硒复合材料使锂硒电池的循环稳定性有很大的提升同时可逆容量有大幅度的提高。
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