碳复合硫属化合物的合成及其电化学性能研究
发布时间：2020-10-09 13:47
采用碳复合纳米电极材料是提升锂/钠离子电池电极材料电化学性能的重要方法之一。本论文发展了用核壳结构的前驱物制备中空结构的FeSe2/C纳米球,及空心核壳结构的FeS2@C纳米球的方法。作为钠离子电池负极材料时,中空结构的FeSe2/C纳米球表现出了良好的电化学性能。另外,将合成的中空核壳结构FeS2@C纳米球熔融灌硫得到FeS2-S@C复合材料,其作为锂硫电池的硫正电极材料时,该复合材料同样表现出了优良的性能。本论文主要可以归结为下面两点:1、发展了用核壳结构的前驱物Fe304@RF(间苯二酚甲醛)纳米球硒化和碳化同步进行制备中空结构的FeSe2/C纳米球的方法。该FeSe2/C纳米球作为钠离子电池负极材料时,包覆的碳材料不仅能够有效缓解FeSe2在电化学循环过程中引起的体积膨胀,而且提高了电极材料的导电性。该材料在0.05 A g-1的电流密度下可逆放电比容量为474 mA h g-1;在2.0和5.0 A g-1电流密度下比容量分别为 364.5 和 316.5 mAh g-1。2、设计了一种中空核壳结构的FeS2@C纳米球作为硫基正极材料的载体,提升了锂硫电池的电化学性能。用核壳结构的前驱物Fe304@C合成了 FeS2@C纳米球,其进一步熔融灌硫得到FeS2-S@C复合材料。该空心结构为硫的负载提供了载体,同时其有效地降低了锂硫电池在循环过程中出现的穿梭效应;其次,FeS2对多硫化合物有催化转化作用,且其多孔的纳米结构能够为多硫化物的转化提供更多的活性位点,促进充放电过程中化学反应的发生;最后,碳复合能有效改善该硫基正极材料的导电性,进而提升电极材料的电化学性能。该材料在0.5 C的倍率下循环60圈,保持着518.4 mAh g-1的可逆充电比容量;在0.5 C倍率下循环200圈后再在1.0 C倍率下循环至500圈,还可以保持着387.8 mA h g-1的可逆放电比容量。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB332;TM912
【部分图文】：
（１）锂离子电池的主要结构逡逑完整的锂电池主要包括五部分：正负极片，电解液，电池上下壳子和隔膜，逡逑如图１．２所示。电性材料和集流体共同组成电池的正负极片，其中正极材料的集逡逑流体采用铝片，负极材料的集流体采用铜片。电极材料由活性材料，粘结剂和导逡逑电添加剂三者共同均匀混合得到。正极活性材料通常为含锂的金属化合物材料，逡逑如锰酸锂、磷酸铁锂等材料。电池的负极材料主要是各种过渡金属氧化物和碳类逡逑材料。常见的导电添加剂是ｓｕｐｅｒ邋Ｐ。有机相的粘结剂为ＮＭＰ为溶剂的ＰＶＤＦ相，逡逑水溶性的粘结剂为海藻酸钠和羧甲基纤维素钠。隔膜是电子绝缘体，一般为聚合逡逑物多孔膜，用来使电池的正极和负极隔离开，只有锂离子可以通过。电解液一般逡逑为有机溶液，其可以作为媒介使电极间发生离子迁移，常见的电解液盐有ＬｉＰＦ６，逡逑ＬｉＣＦ３Ｓ０３邋和邋ＬｉＢＦ４。逡逑２逡逑
ＨＨ逡逑Ａ／Ｂ：邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ；邋ｎｅｇａｔｉｖｅ邋（Ａ），邋ｐｏｓｉｔｉｖｅ邋（Ｂ）逡逑图１．２锂离子电池的组成逡逑（２）锂离子电池的工作原理逡逑锂离子电池的输出电压等于正极材料和负极材料的锂离子嵌入／脱出的电压逡逑差值，因此必须分别采用两个能够可逆进行锂离子脱嵌的化合物材料来作为其正逡逑负极的电极材料。在锂离子电池的放电过程中，锂离子从电池的负极材料挣脱出，逡逑浸入电解液通过隔膜最后嵌入于正极材料中，然而在相反的充电过程中，锂离子逡逑从电池的正极材料中挣脱出，经过电解液穿过隔膜最后嵌进电池的负极材料，其逡逑充放电过程的机理如图１．３。逡逑／．Ｃｕｒｒｅｎｔ逦0ｉ？ｌｗｇｉｎｇ逦Ｌ．逦Ｃｈａｒｇｉｎｇ逦ｃｕｒｒｅｎｔ邋．逡逑１逦ｉ邋１邋ｊ邋Ｉ逡逑ｐｒ逦W逦｜Ｈｒ逦／逦＾逡逑ＩＩＰ＂１邋＂＂＂＂＂＇＂＂＂Ｉ＇ＭＪｒｏｌｙｔｅ逦…＂ｍｉｌ逦．．邋ｙ逦￡１痛ｌｙｉｅ．ｍ圃逡逑＾逦Ｉ：逦和邋２逡逑ｒ；？°—：逦：逦－ｗ：ｆ逦｜邋．■；；，；邋；．逡逑Ａｎｏｄｅ逦Ｃａｔｈｏｄｅ逦Ａｎｏｄｅ逦
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本文编号：2833761
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB332;TM912
【部分图文】：
（１）锂离子电池的主要结构逡逑完整的锂电池主要包括五部分：正负极片，电解液，电池上下壳子和隔膜，逡逑如图１．２所示。电性材料和集流体共同组成电池的正负极片，其中正极材料的集逡逑流体采用铝片，负极材料的集流体采用铜片。电极材料由活性材料，粘结剂和导逡逑电添加剂三者共同均匀混合得到。正极活性材料通常为含锂的金属化合物材料，逡逑如锰酸锂、磷酸铁锂等材料。电池的负极材料主要是各种过渡金属氧化物和碳类逡逑材料。常见的导电添加剂是ｓｕｐｅｒ邋Ｐ。有机相的粘结剂为ＮＭＰ为溶剂的ＰＶＤＦ相，逡逑水溶性的粘结剂为海藻酸钠和羧甲基纤维素钠。隔膜是电子绝缘体，一般为聚合逡逑物多孔膜，用来使电池的正极和负极隔离开，只有锂离子可以通过。电解液一般逡逑为有机溶液，其可以作为媒介使电极间发生离子迁移，常见的电解液盐有ＬｉＰＦ６，逡逑ＬｉＣＦ３Ｓ０３邋和邋ＬｉＢＦ４。逡逑２逡逑
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浸入电解液通过隔膜最后嵌入于正极材料中，然而在相反的充电过程中，锂离子逡逑从电池的正极材料中挣脱出，经过电解液穿过隔膜最后嵌进电池的负极材料，其逡逑充放电过程的机理如图１．３。逡逑／．Ｃｕｒｒｅｎｔ逦0ｉ？ｌｗｇｉｎｇ逦Ｌ．逦Ｃｈａｒｇｉｎｇ逦ｃｕｒｒｅｎｔ邋．逡逑１逦ｉ邋１邋ｊ邋Ｉ逡逑ｐｒ逦W逦｜Ｈｒ逦／逦＾逡逑ＩＩＰ＂１邋＂＂＂＂＂＇＂＂＂Ｉ＇ＭＪｒｏｌｙｔｅ逦…＂ｍｉｌ逦．．邋ｙ逦￡１痛ｌｙｉｅ．ｍ圃逡逑＾逦Ｉ：逦和邋２逡逑ｒ；？°—：逦：逦－ｗ：ｆ逦｜邋．■；；，；邋；．逡逑Ａｎｏｄｅ逦Ｃａｔｈｏｄｅ逦Ａｎｏｄｅ逦Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑＿逦＿逦Ｗ逦＋逡逑、逦、逦￥ｆ｜＞ａｒａｔ0ｆ逦＾邋Ｊ邋ｙ逦Ｓｅｐａｒａｔｏｒ逦Ｊ逡逑图１．３锂离子电池的工作原理逡逑３逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 Thang Ngoc Cong;;Progress in electrical energy storage system:A critical review[J];Progress in Natural Science;2009年03期
本文编号：2833761
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2833761.html
