氧化钼基复合材料的制备及应用于锂硫电池研究
发布时间：2023-10-02 00:30
锂硫电池具有高理论比容量和性价比,被认为是一类具有发展潜力的新型二次电池。但因为活性物质硫和反应产物硫化锂电导率低以及中间产物多硫化锂在电解液中发生“穿梭效应”以及一系列副反应,造成锂硫电池存在活性物质利用率低,循环稳定性、倍率性能和库伦效率差等问题。为解决上述问题,本论文通过可控合成制备了一系列新型MoO2-碳基复合多孔材料,研究了多孔结构和材料组分对多硫化锂吸附性的构效关系,并通过密度泛函理论计算研究了多硫化锂与不同材料之间的作用,具体内容如下:(1)利用钼酸根离子和多巴胺的配位络合机理,通过改变多巴胺的添加量,调节钼-多巴胺络合物在两相溶剂界面上的差异,制备不同空腔结构的钼-聚多巴胺球并分析反应机制。进而制备具有中空结构的MoO2/N/C复合材料,熔融负载硫后形成MoO2/N/C/S复合电极材料,材料作为锂硫电池正极表现出优异的循环性能。在电流密度1 C下循环200次,电池仍保持有642 mA h g-1的放电比容量,平均每次循环衰减率仅为0.07%。(2)使用钼-聚多巴胺为配位聚合物粘结剂,实现了不同尺寸Si02粒子的超结构组装,形成的配合物框架具有良好的稳定性,经过高温处理也...
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 锂硫电池概述
1.2.1 锂硫电池的结构和反应机理
1.2.2 锂硫电池存在的主要问题
1.3 解决锂硫电池问题的方法
1.3.1 多孔碳/硫复合材料
1.3.2 杂原子掺杂的多孔碳/硫复合材料
1.3.3 聚合物/硫纳米复合材料
1.3.4 极性的无机纳米材料/硫复合材料
1.4 选题依据
1.5 研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验试剂和材料
2.2 实验仪器
2.3 电极材料表征
2.3.1 X-射线衍射分析
2.3.2 微观表面形貌-扫描电子显微镜+能谱仪
2.3.3 透射电子显微镜
2.3.4 热重分析
2.3.5 比表面积和孔径分布分析
2.3.6 拉曼光谱分析
2.3.7 傅里叶变换红外光谱分析
2.3.8 X射线光电子能谱分析
2.3.9 紫外-可见分光分析
2.4 电化学性能测试
2.4.1 工作电极的制备和电池组装
2.4.2 充放电性能测试
2.4.3 交流阻抗及循环伏安性能测试
第3章 MoO2/N/C空心球及电化学性能
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂及药品
3.2.2 钼-聚多巴胺空心球的合成
3.2.3 MoO2/N/C球的合成
3.2.4 MoO2/N/C/S正极的制备
3.2.5 组织/性质表征
3.2.6 电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 钼-聚多巴胺空心球的反应机理
3.3.2 不同空腔的MPD-1、MPD-2和MPD-3的组织结构
3.3.3 不同空腔的MOC-1、MOC-2和MOC-3的组织结构
3.3.4 MOC-3/S中硫的组织结构
3.3.5 MOC-3/S的电化学性能表征
3.4 本章小结
第4章 三维多孔MoO2/N/C超结构及电化学性能
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品及原料
4.2.2 不同粒径SiO2纳米球的合成
4.2.3 Mo-PDA-SiO2超结构的自组装
4.2.4 SPS-150、SPS-50和SPS-14的合成
4.2.5 SPS-150/S、SPS-50/S和SPS-14/S正极材料的制备
4.2.6 可溶性Li2S6溶液的制备
4.2.7 可溶性Li2S6的吸附实验
4.2.8 组织/性质表征
4.2.9 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 Mo-PDA-SiO2超结构的自组装
4.3.2 3D Mo-PDA-SiO2、MoO2/N/C-SiO2和MoO2/N/C的组织结构
4.3.3 3D MoO2/N/C/S超结构中硫的组织结构
4.3.4 3D MoO2/N/C/S超结构的电化学性能表征
4.4 本章小结
第5章 MOF衍生MoO2/N/C多孔材料及电化学性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验药品及原料
5.2.2 MoO2/N/C多孔材料前驱体制备
5.2.3 正极材料制备
5.2.4 Li2S6溶液的合成
5.2.5 可溶性Li2S6的吸附实验
5.2.6 电化学性能测试
5.2.7 电催化性能测试
5.2.8 组织/性质表征
5.2.9 理论计算
5.3 结果与讨论
5.3.1 组织结构
5.3.2 硫的含量
5.3.3 吸附能力
5.3.4 电化学性能
5.4 本章小结
第6章 (Cr/Mo/W)硫化物复合纳米片及电化学性能
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 药品及原料
6.2.2 材料制备
6.2.3 NCs-S、Cr3S4/C-S、MoS2/C-S和WS2/C-S正极材料的制备
6.2.4 组织/性质表征
6.2.5 Li2S6溶液的合成
6.2.6 可溶性Li2S6的吸附实验
6.2.7 电化学性能测试
6.2.8 对称电池(Li2S6-Li2S6)的组装
6.2.9 理论计算
6.2.10 模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 合成材料的组织结构
6.3.2 Cr3S4/C-S、MoS2/C-S和WS2/C-S中硫的组织结构
6.3.3 合成硫化物对LiPSs的电催化能力
6.3.4 NCs-S和MSx/C-S的电化学性能
6.3.5 原子级别上Cr3S4、MoS2和WS2对LiPSs的电催化能力
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3849739
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 锂硫电池概述
1.2.1 锂硫电池的结构和反应机理
1.2.2 锂硫电池存在的主要问题
1.3 解决锂硫电池问题的方法
1.3.1 多孔碳/硫复合材料
1.3.2 杂原子掺杂的多孔碳/硫复合材料
1.3.3 聚合物/硫纳米复合材料
1.3.4 极性的无机纳米材料/硫复合材料
1.4 选题依据
1.5 研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验试剂和材料
2.2 实验仪器
2.3 电极材料表征
2.3.1 X-射线衍射分析
2.3.2 微观表面形貌-扫描电子显微镜+能谱仪
2.3.3 透射电子显微镜
2.3.4 热重分析
2.3.5 比表面积和孔径分布分析
2.3.6 拉曼光谱分析
2.3.7 傅里叶变换红外光谱分析
2.3.8 X射线光电子能谱分析
2.3.9 紫外-可见分光分析
2.4 电化学性能测试
2.4.1 工作电极的制备和电池组装
2.4.2 充放电性能测试
2.4.3 交流阻抗及循环伏安性能测试
第3章 MoO2/N/C空心球及电化学性能
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂及药品
3.2.2 钼-聚多巴胺空心球的合成
3.2.3 MoO2/N/C球的合成
3.2.4 MoO2/N/C/S正极的制备
3.2.5 组织/性质表征
3.2.6 电化学测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 钼-聚多巴胺空心球的反应机理
3.3.2 不同空腔的MPD-1、MPD-2和MPD-3的组织结构
3.3.3 不同空腔的MOC-1、MOC-2和MOC-3的组织结构
3.3.4 MOC-3/S中硫的组织结构
3.3.5 MOC-3/S的电化学性能表征
3.4 本章小结
第4章 三维多孔MoO2/N/C超结构及电化学性能
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验药品及原料
4.2.2 不同粒径SiO2纳米球的合成
4.2.3 Mo-PDA-SiO2超结构的自组装
4.2.4 SPS-150、SPS-50和SPS-14的合成
4.2.5 SPS-150/S、SPS-50/S和SPS-14/S正极材料的制备
4.2.6 可溶性Li2S6溶液的制备
4.2.7 可溶性Li2S6的吸附实验
4.2.8 组织/性质表征
4.2.9 电化学测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 Mo-PDA-SiO2超结构的自组装
4.3.2 3D Mo-PDA-SiO2、MoO2/N/C-SiO2和MoO2/N/C的组织结构
4.3.3 3D MoO2/N/C/S超结构中硫的组织结构
4.3.4 3D MoO2/N/C/S超结构的电化学性能表征
4.4 本章小结
第5章 MOF衍生MoO2/N/C多孔材料及电化学性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验药品及原料
5.2.2 MoO2/N/C多孔材料前驱体制备
5.2.3 正极材料制备
5.2.4 Li2S6溶液的合成
5.2.5 可溶性Li2S6的吸附实验
5.2.6 电化学性能测试
5.2.7 电催化性能测试
5.2.8 组织/性质表征
5.2.9 理论计算
5.3 结果与讨论
5.3.1 组织结构
5.3.2 硫的含量
5.3.3 吸附能力
5.3.4 电化学性能
5.4 本章小结
第6章 (Cr/Mo/W)硫化物复合纳米片及电化学性能
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 药品及原料
6.2.2 材料制备
6.2.3 NCs-S、Cr3S4/C-S、MoS2/C-S和WS2/C-S正极材料的制备
6.2.4 组织/性质表征
6.2.5 Li2S6溶液的合成
6.2.6 可溶性Li2S6的吸附实验
6.2.7 电化学性能测试
6.2.8 对称电池(Li2S6-Li2S6)的组装
6.2.9 理论计算
6.2.10 模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 合成材料的组织结构
6.3.2 Cr3S4/C-S、MoS2/C-S和WS2/C-S中硫的组织结构
6.3.3 合成硫化物对LiPSs的电催化能力
6.3.4 NCs-S和MSx/C-S的电化学性能
6.3.5 原子级别上Cr3S4、MoS2和WS2对LiPSs的电催化能力
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3849739
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