【摘 要】
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近年来,锂硫电池在的研究中备受关注,由于硫单质在自然界储量丰富,价格低廉,以及对环境友好,而且锂硫电池独特的高理论比容量(1675 m Ah g-1)和高能量密度(2600wh kg-1),使锂硫电池被认为是最具潜力的新一代可持续储能装备。但是研究中发现锂硫电池在走向商业化的道路上依旧困难重重:(1)硫和多硫化锂的绝缘性使得活性物质硫的利用率较低。(2)硫在反应过程中的体积膨胀问题造成电极结构的破
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近年来,锂硫电池在的研究中备受关注,由于硫单质在自然界储量丰富,价格低廉,以及对环境友好,而且锂硫电池独特的高理论比容量(1675 m Ah g-1)和高能量密度(2600wh kg-1),使锂硫电池被认为是最具潜力的新一代可持续储能装备。但是研究中发现锂硫电池在走向商业化的道路上依旧困难重重:(1)硫和多硫化锂的绝缘性使得活性物质硫的利用率较低。(2)硫在反应过程中的体积膨胀问题造成电极结构的破坏和损耗,锂硫电池的循环稳定性丧失保障。(3)多硫化锂在充放电过程中形成的穿梭效应,使硫的利用率降低。针对上述挑战,本论文利用金属有机框架为模板,制备功能性杂化材料作为载体材料,负载硫之后形成复合正极材料,改善了锂硫电池的电化学性能。另一方面,形成中空结构的载体复合材料,进一步缓解了体积膨胀,提升了锂硫电池的循环稳定性。具体工作内容为:1.通过油浴加热回流法,将四水合乙酸镍和2-氨基对苯二甲酸乙醇溶液中直接反应,形成了一种新型金属有机框架Ni-ACID,Ni-ACID呈现片状组合球型,之后将Ni-ACID与硒粉混合均匀,在高温下进行高温硒化反应,得到NiSe@C微球。将NiSe@C微球做为锂硫电池的正极载体材料,负载硫之后形成S/NiSe@C复合正极材料。将其组装锂硫电池后进行电化学性能的测试,锂硫电池表现出良好的电化学性能,在0.5 C电流密度下放电100次后保持500.9 m Ah g-1的比容量,倍率充放电测试中在2.0 C的大电流密度下比C/S复合材料高出近200 m Ah g-1的比容量。2.通过模板法首先制备出钴基咪唑分子筛ZIF-67,之后与硒粉混合高温煅烧后硒化钴十二面体中空结构,通过熔融扩散法负载活性物质硫后再次包覆聚吡咯电活性聚合物,得到复合材料PPy@CoSe2/S,该材料拥有良好的电子离子传导率和固硫作用,该复合材料作为锂硫电池正极后,表现出良好的电化学性能。该材料组装锂硫电池后在0.5 C下经过200次的充放电循环测试之后放电比容量保持在583.7 m Ah g-1,库伦效率保持在97.8%。3.利用自模板合成法,首先合成了ZIF-8模板,利用模板包覆以及高温煅烧,成功地制备出了具有良好固硫效果的异质结构TiO2-TiN复合材料,同时也提高了载体材料的导电性,之后通过熔融扩散的方法将硫负载到复合材料异质结构内部,用于锂硫电池正极,表现出了优异的电化学性能。在1.0 C下经过300圈充放电循环之后其放电比容量能保持在559 m Ah g-1,库伦效率保持在97.9%。
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