新型富氮纳米材料的制备及其作为锂硫电池正极材料的性能研究

发布时间：2021-08-21 14:18

　　锂硫电池作为新一代的二次电池,具有比容量高（1675 mAh g-1）、能量密度大（2500 whkg-1）、价格低廉、环境友好等优点,是一种极具前景的电化学储能系统。然而,锂硫电池体系中正极材料活性物质S电导率低,充放电过程中体积发生膨胀,中间产物多硫化物会溶解于电解液并在正负极之间扩散等问题,严重制约了锂硫电池的商业化应用。本文针对以上存在的问题,对锂硫电池正极材料的优化改性进行了研究。旨在制备多功能的纳米材料作为硫的载体,以提高正极材料的导电性,缓解充放电过程中的体积膨胀效应,同时对多硫化锂有强的相互作用力。主要研究内容如下:1.以生物质玉米棒为原料,制备了阵列氮掺杂碳纳米管@介孔碳的复合材料。在800℃煅烧2 h的过程中,玉米棒既提供了碳源,也提供了少量的铁作为催化剂,同时三聚氰胺作为一种氮源,此过程中大量的碳纳米管有序在中孔炭框架上垂直生长,得到一种拥有独特结构得到的复合碳材料。复合材料中碳纳米管的直径约为50 nm,它们的长度从0.1到10 μm不等,其长度可以通过调整预处理的玉米棒与三聚氰胺的比例来控制。将该复合材料作为锂硫电池正极材料,电池展现了优异的倍率性能和循环稳定... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２?（ａ）锂硫电池工作原理图（ｂ）锂硫电池的充放电曲线［６］??．．

Ｓｕ等人［２（）］用硫代硫酸钠为硫源，通过滴定法与稀盐酸反应在多壁碳纳米??管上原位负载了硫单质，然后通过真空抽滤手段制备了无需粘结剂和集流体的自??支撑硫电极（图１．４），该电极展现了很高的比容量，在１Ｃ时放电比容量为１３５２??ｍＡｈｇ－１，在４Ｃ时也有ｌＯＵｍＡｈｇ－１。Ｋａｎ等［２１］通过水热法合成Ｔｅ／Ｃ纳米线，??在９００°Ｃ氮气氛围下褪火，然后酸处理除去Ｔｅ得到了多孔管壁的空心碳纳米管（图??１．５）。在１．４Ｖ－２．８Ｖ的电压窗口时表现出最高的比容量，在１６００?ｍＡｇ＿１高电流??密度下循环１５０圈后容量保持在５５８?ｍＡｇＭ，容量衰减率为０．１３％每圈。Ｊｉｎ等人??［２２］以Ａ００为硬模板，采用气相沉积方法法（ＣＶＤ），以纳米铜为催化条件下合??成了内部原位生长小碳管的空心碳管的复合材料（ＣＮＴ＠ＣＮＴｓ），该材料很好的结??合了空心碳和碳纳米管的优点，硫含量达到８５．２％时也表现出了十分优异的性能，??电流密度为０．１?Ｃ时

二维材料是伴随着２００４年曼切斯特大学Ａｎｄｒｅ?Ｇｅｉｍ小组成功分离出单原的石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅ）而提出的。随后其他类似的二维材料如氮化硼（ＢＮ）硫化钼（ＭｏＳ２）和二硫化锡（ＷＳ２）等也逐渐被发现和提出。由于二维材料比表面积及其独特的性质，近年来被广泛应用于光电、催化、生物和化学等。Ｊｉ等人［２３］在２０１１年通过简单的化学法将纳米硫负载在氧化石墨烯上（图１．６），然后进一步热处理使表面有的块状的硫熔融进入到孔中，由于氧化石墨硫之间强的作用力以及纳米硫均匀的分散，提高了硫的利用率，展现了良好环稳定性。Ｚｈｏｕ课组［２４］巧妙地利用溶液离子强度效应制备了氧化石墨烯包的复合材料（图１．６ｃ，ｄ）。此法简单易行，条件温和，且包覆效果好，具有很适用性。该材料（ｓｕｌｆｕｒ／ＧＯ）用作锂硫电池正极材料，表现出优异的循环稳－６－??


本文编号：3355763