过渡金属（Ni,Co）化合物的结构设计及其在锂硫电池中的应用
发布时间：2021-02-25 04:12
锂硫（Li-S）电池具有高能量密度(2600 Wh kg-1)和低的成本的优势,显示出巨大的高能储存应用的潜力。但是,它的实际应用仍然受到很多限制,主要源于硫的导电性差、多硫化物的“穿梭效应”、充放电过程中的体积膨胀三个问题。针对硫正极以上的缺陷,本文主要从两方面改善锂硫电池正极材料的电化学性能:一、选用过渡金属类化合物作为硫的载体,利用过渡金属对多硫化物优越的吸附性能来缓解多硫化物溶解的问题,利用过渡金属化合物良好的导电率来改善硫电极的导电性问题;二、通过合理的结构设计有效缓解电极材料在循环过程中的体积膨胀和多硫化物扩散的问题。（1）通过直接沉淀法合成颗粒均匀的Co（OH）2材料,经过磷化处理得到一种类珊瑚状的硫载体材料CoP。将其应用到锂硫正极中,通过对比硫电极分析了材料CoP对电池性能的影响。载体材料CoP拥有相互连接的结构能够物理限制多硫化物和缩短电子/离子传输的有效路径,并利用材料的极性来化学吸附多硫化物。结果表明,在0.1 C下,CoP@S电极材料有高的比容量826 mAh/g,经过500次循环后容量还保持有438 mAh/g,相...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂-硫电池的结构示意图
图 1.1 锂-硫电池的结构示意图[12]硫电池中，由于充放电过程受到多重因素影响，因此电化学反的，如图 1.2 所示[13]，在有机电解液中，硫正极的两步放电过同的放电平台。(1) 放电平台在 2.4-2.1 V 附近，是皇冠状的成可溶性的长链状的 Sn2-(4≤n≤8)过程；(2) 放电平台在 2.1-电区域，是长链的多硫化物转化为低价的多硫化物 Sn2-(2≤电池的充电平台在2.5-2.4 V附近，充电过程则是由还原产物Li化成 S8和 Li2Sm(6≤m≤8)(并不能完全氧化成 S8)。
[40]设计了一种简单的一步氧化法制备多孔碳纳米管(PCNTs)，如图1.3所示，相比于未加工的碳纳米管，PCNTs有高的比表面积、大的孔体积以及丰富的含氧官能团。当PCNTs-S作为锂硫电池的正极材料时，多孔的存在有利于活性物质和管的充分接触，加速反应进程，氧化官能团的加入可以提高对反应产生的多硫化物的束缚作用。从而实现更加优异的电化学性能。图1.3 多孔碳纳米管(PCNTs)的合成机理[40]同时，Zhou课题组[41]制备了一种多功能的氮掺杂多孔碳纤维网络作为锂硫电池硫正极的载体(如图1.4)。一方面改性后的材料仍保留了电子的传输通道，具有高的导电性，这种相互联通的网络可以缩短传输路径，提高反应的接触面积；另一方面氮原子的修饰作用提高了对多硫化物的固定作用。结合以上结构优势，以这种材料为载体的复合硫正极在0.2 C下充放电
本文编号：3050421
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂-硫电池的结构示意图
图 1.1 锂-硫电池的结构示意图[12]硫电池中，由于充放电过程受到多重因素影响，因此电化学反的，如图 1.2 所示[13]，在有机电解液中，硫正极的两步放电过同的放电平台。(1) 放电平台在 2.4-2.1 V 附近，是皇冠状的成可溶性的长链状的 Sn2-(4≤n≤8)过程；(2) 放电平台在 2.1-电区域，是长链的多硫化物转化为低价的多硫化物 Sn2-(2≤电池的充电平台在2.5-2.4 V附近，充电过程则是由还原产物Li化成 S8和 Li2Sm(6≤m≤8)(并不能完全氧化成 S8)。
[40]设计了一种简单的一步氧化法制备多孔碳纳米管(PCNTs)，如图1.3所示，相比于未加工的碳纳米管，PCNTs有高的比表面积、大的孔体积以及丰富的含氧官能团。当PCNTs-S作为锂硫电池的正极材料时，多孔的存在有利于活性物质和管的充分接触，加速反应进程，氧化官能团的加入可以提高对反应产生的多硫化物的束缚作用。从而实现更加优异的电化学性能。图1.3 多孔碳纳米管(PCNTs)的合成机理[40]同时，Zhou课题组[41]制备了一种多功能的氮掺杂多孔碳纤维网络作为锂硫电池硫正极的载体(如图1.4)。一方面改性后的材料仍保留了电子的传输通道，具有高的导电性，这种相互联通的网络可以缩短传输路径，提高反应的接触面积；另一方面氮原子的修饰作用提高了对多硫化物的固定作用。结合以上结构优势，以这种材料为载体的复合硫正极在0.2 C下充放电
本文编号：3050421
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