硫化亚锡复合材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用

发布时间：2020-12-10 12:34

　　随着世界能源危机、排放升级的加快,人类的经济发展和生存受到了严重威胁。因此开发新型储能材料是降低能源投资建设成本、优化能源结构的创新手段。锂硫电池因能量密度高,续航持久,绿色环保,而且制造过程成本极低等优势被广泛关注和研究。但是却因硫利用率低、穿梭效应、体积膨胀等问题而限制其发展。因此针对以上问题开发设计具有优异电化学性能的正极材料迫在眉睫。而金属硫化物来源广泛,并且具有极性以促进化学反应的进行。因此本文基于金属硫化物中的硫化亚锡,采用不同碳源对其进行改性制备复合材料并应用于锂硫电池正极,并系统对该材料的电化学性能进行评估。主要研究内容如下:（1）通过一步水热法,构建了具有导电网络花状硫化亚锡和碳纳米管（SnS@CNTs）复合材料作为硫主体,以二硫化碳溶剂法制备了 SnS@CNTs/S正极材料。碳纳米管穿插在花状硫化亚锡间,为纳米花之间的电子/离子传输提供了高速通道从而提高了活性材料的利用率。基于碳纳米管改性后,复合材料就有丰富的界面功能位点,SnS@CNTs/S电极提供了优异的充放电比容量,在0.1C的电流密度下表现出的初始容量高达1314.4 mAh g-1,在0.5C的电流密度下... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

部短路和重大安全隐患｜２１］。除了形成锂枝晶外，穿梭的??可溶性ＬｉＰＳ中间体还可以与金属Ｌｉ反应并钝化阳极表面［２２—２４］。阳极上形成的“死??锂”无法为长期循环提供足够的Ｌｉ?＋离子，这导致电池的库仑效率差，甚至充放??电过程迅速终止。??Ｓ?＾３?４＾?ＵｊＳ?呤喻洲咖《／￡卿《?ｕ＞ｗ?ｅ？＜＊＊？ｃｖ??一一＾＾＊＊＊＂＾?參?軌、??Ｗｆ?＾?ｘ＾＼ｋ＾％＼ｋ?ｆ?１??Ａ?３??ｈ＾：Ｔ＊＞?〇＊?Ｃｊ＾ｏａｔ?＾?ｉｃ？ｃ？？ｒｅｖ？ｒｕ＾??图１．２锂硫电池存在问题［２５！??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｐｒｏｂｌｅｍｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｕｒ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??１．３锂硫电池正极材料研究进展??锂硫电池比其他电池相比都表现出优异的电化学性能，但是在充放电中的??化学反应十分复杂，从而带来许多挑战和考验。因此，亟需对硫正极材料进行??广泛研宄，以实现锂硫电池优异的电化学性能。理想的硫正极材料通常满足以??下特性：（１）具有高导电率以确保充放电过程的进行；（２）对多硫化物的强吸??附以抑制穿梭效应；（３）具备充足的空间和稳定的结构以储存硫且缓冲体积膨??胀。目前，硫正极材料的改性研宄主要从结构和种类两个方面着手，而碳材料??４??

９８?Ｖ处的还原峰表示长链多硫化锂进一步还原为短链??Ｌｉ２Ｓ／Ｌｉ２Ｓ２?［１１７，丨１８］。然而，同样条件下，ＳｎＳ／Ｓ的第一个还原峰基本消失。在充电过??程中，ＳｎＳ＠ＣＮＴｓ／Ｓ和ＳｎＳ／Ｓ均在２．４Ｖ附近出现了氧化峰，代表Ｌｉ２Ｓｎ?（论１）氧化??为Ｓ８的过程［１１９１。在电压一定的条件下，ＳｎＳ＠ＣＮＴｓ／Ｓ电极表现出更大的响应电流，??揭示了?ＳｎＳ＠ＣＮＴｓ／Ｓ比ＳｎＳ／Ｓ具有更快的电化学动力学过程。电化学阻抗谱（ＥＩＳ）??进一步验证了复合材料中提高的动力学过程。如图３．４ｂ中，与ＳｎＳ／Ｓ的Ｒｃｔ?（９８．４?Ｑ）??相比，ＳｎＳ＠ＣＮＴｓ／Ｓ电极表现出更小的电荷转移电阻（６６．５Ｑ），这主要由于碳纳米??管的改性可以有效提高电极电导率，加速了电子和离子的传输，进一步提升活性物??质的储存利用，从而有效提升了多硫化物的氧化还原反应。???????４５?ｉ???????（ａ）?３?——Ｓｒ紙■?（ｂ）Ａｎ?＂?ＳｎＳ＃ＣＮＴｓ／Ｓ??＇?７?—ＳｎＳ／Ｓ?Ａ?＇?ｒ?４０?＊?？?ＳｌｉＳ／Ｓ??！：：氛“，＇?／??、：／?ｖｖ??—２?？?＂＂?１，１?．?ｍ．ｊ?ｉ?ｔ?－?ｌｉ?１?＾?ｗ?ｉ?Ｑ?＂＂?＇＾１１?＇＾１１１?ｎ??＾?？?１?ｖ???＂?ｋ?１?１?１?＇＊?ｉ???ｉ?１?????１．６?１．８?２．０?２．２?２．４?２．６?２，８?０?２０?４０?６０?８０?１００?１２０?１４０??Ｖｏｉｔａｇｅ（Ｖ）??图３．４?ＳｎＳ＠ＣＮＴｓ／Ｓ和ＳｎＳ／Ｓ样品的（ａ）?ＣＶ和（ｂ）能斯特曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?３．４?（ａ）?ＣＶ?

【参考文献】：
期刊论文
[1]芘对聚苯胺锂硫电池低温性能的影响机制研究[J]. 姚玉洁,路崎,高红,王献红,王佛松.  高分子学报. 2017(09)



本文编号：2908701