高性能锂硒电池正极材料的制备及其电化学性能研究

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锂二次电池正极材料的比容量普遍偏低,新正极材料的探索和研究对于锂二次电池的发展非常关键。锂硒电池具有非常诱人的前景。充放电过程中也存在一些问题,如体积膨胀和多硒离子溶解在电解液中的穿梭效应使得容量衰减快,库仑效率低等等。本论文设计制备了两种不同的多孔碳材料,并与硒通过熔融法获得两种不同的Se@C复合材料,通过XRD、BET、SEM、TEM等测试表征材料的物理性能,通过恒流充放电、循环伏安等测试方法研究了复合材料的电化学性能。将葡萄糖作为碳源制备N,P共掺杂的碳材料,并用于负载Se之后制的Se/NPC复合材料作为锂硒电池正极材料;测试结果表明Se/NPC复合材料循环可逆容量高和循环稳定性好,在0.1C倍率下稳定循环100圈,比容量保持在420.6mAhg-1,库伦效率在99%左右;Se/NPC也显示了优异的倍率性能,当电流密度增加到2 C时,容量保持在443mAhg-1;经过高倍率循环之后,当电流回到0.1C时,放电比容量仍然能够达到557mAhg-1。用动物组织作为碳源制备多孔碳负载Se,将初次碳化过的动物骨头碳用KOH和稀硝酸造孔除去杂质,最后用去离子水清洗烘干得到具有高比表面积生物多孔碳;用熔融法将硒注入到多孔碳中得到复合材料,并分别对其物理和电化学性能进行表征,在0.1C倍率下具有高的首次放电容量,循环97周仍可保持594mAhg-1的比容量;倍率测试中,在2C的倍率下,可逆比容量能达到429mAhg-1,而且当电流密度回到0.1C时,可逆容量恢复到620mAhg-1,显示了优异的倍率性能和循环稳定性。
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