论文部分内容阅读
锂硫电池因其高的理论比容量(1675 mAh·g-1)和理论比能量(2600 Wh·kg-1)被称为当今最具研究价值和应用前景的新型储能器件之一。其正极材料单质硫（S）具有储存量大、价格低廉、对环境友好等优点。但目前因S和放电终产物导电性差、多硫化锂易溶于电解液产生“穿梭效应”等一系列问题,使得锂硫电池出现活性物质利用率低、容量衰减快,倍率性能差等现象,严重阻碍了锂硫电池的进一步发展与应用。为此,本文设计纳米碳材料与金属氧（硫）化物的复合物作为S的载体,利用碳材料与金属氧（硫）化物的协同作用,改善硫正极导电性的同时抑制多硫化锂的“穿梭效应”,从而提升锂硫电池的储能性能。主要研究内容为:（1）设计二硫化锡（SnS2）与碳纳米管（CNTs）两者协同作用来改善锂硫电池的储能性能。其中,SnS2对多硫化锂的化学吸附可以有效地抑制“穿梭效应”,CNTs构筑的导电网络可以改善整个正极的导电性。采用一步水热法制备SnS2/CNTs复合材料,然后将其与S进行热熔融处理制得SnS2/CNTs/S复合正极。研究结果显示:在所制备的材料SnS2/CNTs/S中,CNTs交织在SnS2纳米片外,部分穿插于SnS2中,S均匀地负载在SnS2/CNTs上。其在0.1C下,首次放电比容量为1308.6 mAh·g-1,循环100次后,容量保持在1002.3 mAh·g-1,容量保持率为76.6%。（2）设计二硫化钼（MoS2）与还原氧化石墨烯（rGO）两者协同作用来提升锂硫电池的电化学性能。其中,MoS2对多硫化锂的化学吸附可以有效抑制“穿梭效应”,rGO构成的导电网络可以改善硫正极的导电性。采用水热法在氧化石墨烯（GO）上原位生长MoS2制得MoS2@rGO复合材料,将其与S进行热熔融处理制得MoS2@rGO/S复合正极。研究结果显示:在所制备的材料MoS2@rGO/S中,MoS2均匀地生长在rGO片上,S均匀地分布在材料MoS2@rGO中。其在0.1C下,首次放电比容量为1243.3 mAh·g-1;0.5C下循环200次后放电比容量为848.4 mAh·g-1,平均每次容量衰减率为0.09%。（3）设计二氧化锡（SnO2）、rGO和CNTs三者协同作用来进一步提升锂硫电池的电化学性能。其中,SnO2可以通过对多硫化锂的化学吸附抑制“穿梭效应”,rGO和CNTs构成的导电网路可以提高正极的导电能力。采用原位水热法结合高温处理得到材料SnO2@rGO,通过机械球磨引入CNTs制得SnO2@rGO/CNTs,将其与S热熔融处理制得SnO2@rGO/CNTs/S复合正极。结果显示:制得的SnO2@rGO/CNTs/S材料中,纳米SnO2颗粒均匀地分布在rGO片层上,CNTs穿插其中,S均匀的负载在SnO2@rGO/CNTs上。其在0.1C时,首次放电比容量为1205.4 mAh·g-1,循环50次后,衰减至958.6 mAh·g-1,其容量保持率为79.5%,（4）设计MoS2、rGO和CNTs三者协同作用来进一步提升锂硫电池的电化学性能。其中,MoS2通过对多硫化锂的化学吸附可以有效抑制“穿梭效应”,rGO和CNTs构成的三维导电网络可以改善硫正极的导电性。在十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的辅助下,利用带正电荷的CNT与带负电荷的GO之间的库仑相互作用构造三维骨架,结合水热法制得MoS2@rGO/CNTs复合材料,将其与S复合制得MoS2@rGO/CNTs/S复合正极。研究显示,制得的MoS2@rGO/CNTs/S材料中,rGO和CNTs之间交织构成三维网络,MoS2均匀地分布在其网络中,S均匀地分布在材料MoS2@rGO/CNTs的表面和孔洞中。其在0.1C下,首次放电比容量为1417.8 mAh·g-1;在0.5C下,首次放电比容量为1167.3 mAh·g-1,循环200次后,放电比容量为962.7 mAh·g-1。