【摘 要】
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锂硫（Li-S）电池因为具有非常高的理论比容量(1675 m Ah g-1)和理论能量密度(2600 Wh kg-1)成为了最有发展潜力的下一代储能设备之一。但基于电池的工作原理,Li-S电池面临着自身的诸多问题,其中多硫化物的穿梭效应严重的阻碍了Li-S电池的商业化进程。因此,解决多硫化物的穿梭效应是Li-S电池的研究中的重中之重。基于此,本论文分别从尺寸筛分和催化两方面对抑制多硫化物穿梭效应。
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锂硫（Li-S）电池因为具有非常高的理论比容量(1675 m Ah g-1)和理论能量密度(2600 Wh kg-1)成为了最有发展潜力的下一代储能设备之一。但基于电池的工作原理,Li-S电池面临着自身的诸多问题,其中多硫化物的穿梭效应严重的阻碍了Li-S电池的商业化进程。因此,解决多硫化物的穿梭效应是Li-S电池的研究中的重中之重。基于此,本论文分别从尺寸筛分和催化两方面对抑制多硫化物穿梭效应。通过真空抽滤的方式制备了厚度仅为1.6μm的Co BDC膜用于Li-S电池。通过物理和电化学研究表明:一方面Co BDC可以通过尺寸筛分抑制多硫化物的穿梭效应。另一方面,MOFs膜具有较好的宏观柔性,也能避免在电池组装过程中由于挤压造成MOF结构坍塌,使MOF具有优异的稳定性。实现了在0.5 C的电流密度下展现出1272 m Ah g-1的初始放电容量;基于Co-MOF/PP的隔膜在2 C的电流密度下电池初始放电比容量为516 m Ah g-1,200次循环后仍能保持348 m Ah g-1放电比容量,平均每次循环容量衰减仅为0.16%。相比于纯PP隔膜,电池的电化学性能有了较大的提升。通过高温热解的方法制备了CCo合金。一方面,Cu金属的掺杂会影响Co金属原子的电子结构,会影响Co金属的活性;另一方面,由于双金属合金与N掺杂石墨碳之间的电负性的差异,诱导电荷从CCo合金向石墨碳转移,这不仅提升了CCo-NC对多硫化物的化学吸附性能,保证了正极材料长程导电性,提升了电池的电化学性能。在2 C的电流密度下循环100圈,平均每圈的容量衰减率仅为0.0007%;即使是在4.4 mg cm-2的高硫负载量下,CCo-NC的初始放电容量为1225.2 m Ah g-1,在循环50圈后,仍能够保持有1000.4 m Ah g-1的比容量。
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