基于氮化钒一维复合材料的可控合成及锂硫/锂电性能研究
发布时间：2021-08-07 09:50
随着社会经济的快速发展,以及先进的便携式电子设备及电动汽车等在日常生活中的广泛应用,人们对能源的需求日益增加。相比传统的矿物燃料,锂离子二次电池对环境的污染相对较小,且能量密度较高,体积更为轻便,目前已被应用到社会生活的方方面面。然而尽管已经得到广泛应用,目前商业化的锂离子电池仍然存在能量密度无法满足社会日益增长的需要的问题,仍需要不断开发新型电池材料。氮化钒（VN）具有较高的稳定性和导电率,到目前为止已经广泛应用于超级电容器及锂离子电池中。本论文中我们合成了氮掺杂碳包覆的氮化钒一维复合材料（VN@C）,并研究了其在锂硫及柔性锂离子二次电池中的应用。本论文的主要研究内容如下:（1）我们以五氧化二钒粉末为原料合成了五氧化二钒纳米线前驱,经过聚合反应及后续的氮化得到了 VN@C,将其用于锂硫电池中。由于氮化钒及包覆碳层的良好导电性,复合材料改善了硫正极不导电的问题,同时我们发现在氮化钒存在的情况下,锂硫电池的化学反应动力学增强,多硫化物转化加快,从而减弱了多硫化物扩散导致的穿梭效应。测试发现电池在1 C时循环300圈后容量维持在592.2mAhg-1,库伦效率几乎可以达到100%,6C大电...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１锂硫电池工作示意图［３］
Ｃａｐａｃｉｔｙ?｛ｍＡｈ?ｇ＇１）??图１－１锂硫电池工作示意图［３］。??Ｌｉ２Ｓ），在充电过程中，发生上述反应的逆过程［？１３］。锂硫电池中发生的反应可??归纳如下［１４－１６］：??Ｓ８＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－－＾Ｌｉ２Ｓ８??３ＬｈＳ８＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—４Ｌｉ２Ｓ６??２Ｌｉ２Ｓ６＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—３ＬｈＳ４??ＬｂＳ４＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—２Ｌｉ２Ｓ２??Ｌｉ２Ｓ２＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—２ＬｈＳ??在放电过程中正极发生的反应过程为：首先，环状Ｓ８分子与从锂负极传输??过来的锂离子反应，开环生成可溶性的长链多硫化锂，此过程涉及固－液相反??应，随后，长链多硫化锂进一步被还原生成短链的多硫化锂，发生液－液相反??应，最终生成硫化锂，涉及液－固相反应。在充电过程中，发生上述反应的逆过??程，整个反应对应的充放电曲线如图１－川７＿１８］。由于锂硫电池在循环的过程中并??非只有Ｌｉ＋简单的嵌入和脱出，而是随着充放电的进行活性物质中会发生Ｓ－Ｓ键??的不断破裂和生成
质良好的渗透，有利于锂离子在材料内部的快速传输。因此该材料在低电流密度??和高电流密度下都表现出了优异的电化学特性，并且延长了电池的循环寿命。另??夕卜，如图１－２中，Ｃｕｉ课题组以阳极氧化铝为模板设计合成了空心碳纳米阵列，??并将其用作锂硫电池正极载硫材料［２７］。该材料具有较大的高宽比，可以限制多硫??化锂并减少其向电解液中的扩散，同时也具有足够大的空间来容纳硫的体积膨胀，??该材料在０．２?Ｃ循环３０圈后容量在９００?ｍＡｈ?ｇ－１以上，１５０圈后库伦效率可以达??到?９９％。??＃？罾蠡?？〇？??？ＶＡＶ?＿．？？？？？？？？？??００６０?？蠡馨瘳??…?０？？??ＳＭａｌ??礬＃００?±Ｌｉ??謇籲＃?〇＃鮝??图１－２中空碳纳米纤维／硫复合结构的工作原理图。??金属氧化物??尽管碳材料导电性较好，可以一定程度上提高硫的利用率，但是作为非极性??材料，碳对于多硫化锂的吸附作用是有限的，其物理限域作用不足以解决多硫化??物的穿梭效应，因此设计开发能有效吸附多硫化物的材料，缓解多硫化锂的溶解??扩散，仍是锂硫电池迫在眉睫的问题。??４??
本文编号：3327574
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１锂硫电池工作示意图［３］
Ｃａｐａｃｉｔｙ?｛ｍＡｈ?ｇ＇１）??图１－１锂硫电池工作示意图［３］。??Ｌｉ２Ｓ），在充电过程中，发生上述反应的逆过程［？１３］。锂硫电池中发生的反应可??归纳如下［１４－１６］：??Ｓ８＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－－＾Ｌｉ２Ｓ８??３ＬｈＳ８＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—４Ｌｉ２Ｓ６??２Ｌｉ２Ｓ６＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—３ＬｈＳ４??ＬｂＳ４＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—２Ｌｉ２Ｓ２??Ｌｉ２Ｓ２＋２Ｌｉ＋＋２ｅ－—２ＬｈＳ??在放电过程中正极发生的反应过程为：首先，环状Ｓ８分子与从锂负极传输??过来的锂离子反应，开环生成可溶性的长链多硫化锂，此过程涉及固－液相反??应，随后，长链多硫化锂进一步被还原生成短链的多硫化锂，发生液－液相反??应，最终生成硫化锂，涉及液－固相反应。在充电过程中，发生上述反应的逆过??程，整个反应对应的充放电曲线如图１－川７＿１８］。由于锂硫电池在循环的过程中并??非只有Ｌｉ＋简单的嵌入和脱出，而是随着充放电的进行活性物质中会发生Ｓ－Ｓ键??的不断破裂和生成
质良好的渗透，有利于锂离子在材料内部的快速传输。因此该材料在低电流密度??和高电流密度下都表现出了优异的电化学特性，并且延长了电池的循环寿命。另??夕卜，如图１－２中，Ｃｕｉ课题组以阳极氧化铝为模板设计合成了空心碳纳米阵列，??并将其用作锂硫电池正极载硫材料［２７］。该材料具有较大的高宽比，可以限制多硫??化锂并减少其向电解液中的扩散，同时也具有足够大的空间来容纳硫的体积膨胀，??该材料在０．２?Ｃ循环３０圈后容量在９００?ｍＡｈ?ｇ－１以上，１５０圈后库伦效率可以达??到?９９％。??＃？罾蠡?？〇？??？ＶＡＶ?＿．？？？？？？？？？??００６０?？蠡馨瘳??…?０？？??ＳＭａｌ??礬＃００?±Ｌｉ??謇籲＃?〇＃鮝??图１－２中空碳纳米纤维／硫复合结构的工作原理图。??金属氧化物??尽管碳材料导电性较好，可以一定程度上提高硫的利用率，但是作为非极性??材料，碳对于多硫化锂的吸附作用是有限的，其物理限域作用不足以解决多硫化??物的穿梭效应，因此设计开发能有效吸附多硫化物的材料，缓解多硫化锂的溶解??扩散，仍是锂硫电池迫在眉睫的问题。??４??
本文编号：3327574
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