【摘 要】
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新能源电动汽车的发展对动力电池的能量密度有了更高的要求,目前商用的锂离子电池受其正极材料的制约,能量密度已达到极限值。开发更高能量密度的电池体系是未来动力电池的发展方向。锂硫电池作为新一代二次电池拥有超高的理论能量密度。为解决其穿梭效应引起的容量快速衰减的问题,在隔膜上修饰一层功能性中间层材料来阻挡多硫化物向负极扩散是简单而行之有效的方法。本文从修饰隔膜的中间层材料角度出发,研究了隔膜中间层材料及
【基金项目】
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国家自然科学基金(Nos.21965001,21764001); 江西省主要学科学术和技术带头人项目(20194BCJ22011);
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新能源电动汽车的发展对动力电池的能量密度有了更高的要求,目前商用的锂离子电池受其正极材料的制约,能量密度已达到极限值。开发更高能量密度的电池体系是未来动力电池的发展方向。锂硫电池作为新一代二次电池拥有超高的理论能量密度。为解决其穿梭效应引起的容量快速衰减的问题,在隔膜上修饰一层功能性中间层材料来阻挡多硫化物向负极扩散是简单而行之有效的方法。本文从修饰隔膜的中间层材料角度出发,研究了隔膜中间层材料及其结构对锂硫电池性能的影响,主要分为下列三个方面:(1)原位自牺牲模板法制备高导电三维杂化中间层材料。高导电性的隔膜改性层作为第二集流体能有效提高锂硫电池的性能。由于绝缘粘结剂的存在,通过浆料涂覆的导电材料改性层电导率往往较差。因此,第一部分工作以金属配位化合物(Mn-BDC)作为牺牲模板,通过诱导聚吡咯(PPy)原位聚合获得高导电性的三维骨架。同时,Mn-BDC的分解产物在PPy骨架中具有很强的吸附能力。所制备的PPy杂化中间层显著抑制了穿梭效应,并能将吸附的多硫化锂进行二次利用。在0.5C电流密度下经过500次充放电循环后,可以获得517.3 mA h·g-1的高比容量,平均衰减率为0.093%。(2)羟基化纳米多孔碳中间层材料及其构效关系。第二部分工作是研究羟基化纳米多孔碳作为隔膜改性中间层材料,其孔道结构对电解质离子传输的影响,以及对锂硫电池性能的影响。结果表明,孔径100nm的羟基化纳米多孔碳材料作为隔膜改性中间层具有良好的离子电导率,不仅能够显著抑制穿梭效应,并作为高孔隙结构的第二集流体获得了更佳的倍率性能。组装的锂硫电池在0.5C电流密度下经过500次充放电循环后仍然保留493 mA h·g-1的比容量,平均衰减率为0.102%;并且在2C电流密度下,首圈容量为466 mA h·g-1,500次充放电循环仍然具有210 mA h·g-1的比容量。(3)基于钴基沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)硫化衍生物的多功能中间层材料。第三部分工作是研究以温水浴合成的棒状ZIF-67为前驱体,经水热硫化获得的棒状微孔骨架结构的Co3S4,作为隔膜改性中间层材料对电池性能的影响。结果表明,通过ZIF-67前驱体法制备的Co3S4兼具催化、吸附、导电的功能。经过修饰的隔膜获得了更高的倍率性能,在1C电流密度下经过300次循环后可以获得550 mA h·g-1的高比容量,平均衰减率为0.108%。
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