MOF衍生的碳基复合材料改性隔膜在锂硫电池中的应用
发布时间：2021-08-06 20:16
伴随着新能源电动汽车和便携式电子设备的日益需求,由于商业化的锂离子电池（LIB）的能量密度有限,具有高能量密度,成本较低的储能系统得到广泛的研究。具有高理论比容量（1675mAh g-1）和几倍于传统LIB的高能量密度（2600 Wh kg-1）的锂硫（Li-S）电池,近些年引起了人们极大地研究兴趣,且硫自身具有成本较低,储量丰富,环境友好的特点。要强调的是,锂硫电池作为最有前景的能源储存系统之一,仍然具有:硫导电性差;较大的体积膨胀;放电过程中,中间产物多硫化锂（LiPS）（Li2Sn,4≤n≤8）的“穿梭效应”等一系列影响实际应用的问题。本文利用金属有机框架（MOF）衍生而来了NiCo2S4@C和CoSe2@N-C/CNT,该两种复合材料不仅具有着多孔结构和较高的比表面积,又具有高导电性和对多硫化锂优良的化学吸附等特点。结合这些特点,将该两种材料分别涂覆于传统的商用隔膜上,制成功能性隔膜。后将功能性隔膜应用于锂硫电池中,以此来提升锂硫电池的电化学性能。本文基于Ni-Co双金属有机框架制备出了 NiCo2S4@C复合材料。后应用对多硫化锂的吸附实验,以及XPS等一系列的测试手段,研究...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）?Ｌｉ－Ｓ电池中多硫化物的溶解和穿梭的示意图［８］?（ｂ）理想的充放电曲线和??展示了多硫化物的穿梭机理的插图［１１］??
?第１章绪论???此时活性物质硫可以与碳棒壁保持紧密接触，碳棒为硫提供了丰富的导电路径，??且ＣＭＫ－３中的中孔结构可以缓解充放电过程中硫的体积波动，并限制多硫化锂??的扩散。用亲水性聚乙二醇对碳表面改性后，进一步限制了多硫化锂扩散出电??极，提高了活性物质的利用率，从而使得电池获得１３２０?ｍＡｈｆ的可逆容量。在??这之后，锂硫电池得到了快速的发展，特别是应用高导电碳材料方面。??？？？？?？？？？??Ｉｔ?層?ｎｎ＾８＾?…??Ｓ｜ｙＳＦ?ｗ．?±Ｌ，??图１．２高度有序的介孔碳ＣＭＫ－３的ＴＥＭ图像和示意图１２３１??Ｆｉｇ．?１．２?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｉｇｈｌｙ?ｏｒｄｅｒｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ＣＭＫ－３?１２３１??由于一维碳纳米管具有高的长宽比，它们能够形成相互连接的网络结构并为??硫正极材料提供远距离导电路径，这使其在锂硫电池研究中非常有吸引力。为??了建立更紧密的接触，Ｙｕａｎ等人［２４］将硫和碳纳米管在１５５°Ｃ下混合在一起。结??果发现硫均匀覆盖在碳纳米管的外表面，与在室温下简单地将硫和碳纳米管混??合制备的硫正极相比，在１５５°Ｃ下混合会使两种物质之间的接触更好，且显示出??较低的电荷转移电阻和增强的循环性能。特别地，应用前一种情况下制得的硫??正极组装的电池获得了？９００?ｍＡｈ?ｇ＿ｉ的高放电容量，在０．０６Ｃ下６０次循环后，??容量保持率高达７４％。??从上一工作之后，在使用具有各种独特形态的碳纳米管来增强硫正极的性能??方面进行了大量研究。比如，使用化学气相沉积法在镍箔上合成了垂直排列的??碳纳米管ＶＡ
?第１章绪论???ｍ??图１．３?（ａ）垂直排列的碳纳米管，（ｂ）硫／ＶＡ－ＣＮＴ复合电极和（ｃ）循环后的硫／ＶＡ－ＣＮＴ??的ＳＥＭ图像［２５１??Ｆｉｇ．?１．３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?（ａ）?ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ－ａｌｉｇｎｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?（ｂ）?ｔｈｅ?ｓｕｌｆｕｒＡ＾Ａ－ＣＮＴ??ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ａｎｄ?（ｃ）?ｔｈｅ?ａｓ－ｃｙｃｌｅｄ?ｓｕｌｆｕｒ／ＶＡ－ＣＮＴ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?［２５１??、，＿?Ｃｕｒｌ》?Ｃｒｏｓｓ－?Ｆｉｂｒｏｕｓ?ｇ，ｉ］［）Ｕｃｎｅ??￣：：?＇」?１?＾??Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ?＼?／??图１．４石墨烯－硫复合材料的形成过程以及自支撑电极的制造示意图｜２６］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｓｕｌｆｕｒ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ａｎｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ?ａ??ｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?｜２６］??到目前为止，基于石墨烯的碳硫正极代表了锂硫电池中研究最广泛的方向之??一。石墨烯优异的电子导电性和易于官能化的特性使其成为用于硫正极的有前??途的载体材料。Ｚｈｏｕ等人［２６］通过一锅还原的方法设计和制备了具有良好导电性??的自支撑纤维状石墨烯－硫复合材料，该方法简单，且容易控制硫的量（图１．４）。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]负载ZnS的介孔炭复合硫正极材料的制备及性能研究[J]. 陈龙,刘景东,张诗群. 无机材料学报. 2013(10)
本文编号：3326418
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）?Ｌｉ－Ｓ电池中多硫化物的溶解和穿梭的示意图［８］?（ｂ）理想的充放电曲线和??展示了多硫化物的穿梭机理的插图［１１］??
?第１章绪论???此时活性物质硫可以与碳棒壁保持紧密接触，碳棒为硫提供了丰富的导电路径，??且ＣＭＫ－３中的中孔结构可以缓解充放电过程中硫的体积波动，并限制多硫化锂??的扩散。用亲水性聚乙二醇对碳表面改性后，进一步限制了多硫化锂扩散出电??极，提高了活性物质的利用率，从而使得电池获得１３２０?ｍＡｈｆ的可逆容量。在??这之后，锂硫电池得到了快速的发展，特别是应用高导电碳材料方面。??？？？？?？？？？??Ｉｔ?層?ｎｎ＾８＾?…??Ｓ｜ｙＳＦ?ｗ．?±Ｌ，??图１．２高度有序的介孔碳ＣＭＫ－３的ＴＥＭ图像和示意图１２３１??Ｆｉｇ．?１．２?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈｉｇｈｌｙ?ｏｒｄｅｒｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ＣＭＫ－３?１２３１??由于一维碳纳米管具有高的长宽比，它们能够形成相互连接的网络结构并为??硫正极材料提供远距离导电路径，这使其在锂硫电池研究中非常有吸引力。为??了建立更紧密的接触，Ｙｕａｎ等人［２４］将硫和碳纳米管在１５５°Ｃ下混合在一起。结??果发现硫均匀覆盖在碳纳米管的外表面，与在室温下简单地将硫和碳纳米管混??合制备的硫正极相比，在１５５°Ｃ下混合会使两种物质之间的接触更好，且显示出??较低的电荷转移电阻和增强的循环性能。特别地，应用前一种情况下制得的硫??正极组装的电池获得了？９００?ｍＡｈ?ｇ＿ｉ的高放电容量，在０．０６Ｃ下６０次循环后，??容量保持率高达７４％。??从上一工作之后，在使用具有各种独特形态的碳纳米管来增强硫正极的性能??方面进行了大量研究。比如，使用化学气相沉积法在镍箔上合成了垂直排列的??碳纳米管ＶＡ
?第１章绪论???ｍ??图１．３?（ａ）垂直排列的碳纳米管，（ｂ）硫／ＶＡ－ＣＮＴ复合电极和（ｃ）循环后的硫／ＶＡ－ＣＮＴ??的ＳＥＭ图像［２５１??Ｆｉｇ．?１．３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?（ａ）?ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ－ａｌｉｇｎｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，?（ｂ）?ｔｈｅ?ｓｕｌｆｕｒＡ＾Ａ－ＣＮＴ??ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ａｎｄ?（ｃ）?ｔｈｅ?ａｓ－ｃｙｃｌｅｄ?ｓｕｌｆｕｒ／ＶＡ－ＣＮＴ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?［２５１??、，＿?Ｃｕｒｌ》?Ｃｒｏｓｓ－?Ｆｉｂｒｏｕｓ?ｇ，ｉ］［）Ｕｃｎｅ??￣：：?＇」?１?＾??Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ?＼?／??图１．４石墨烯－硫复合材料的形成过程以及自支撑电极的制造示意图｜２６］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｓｕｌｆｕｒ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ａｎｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ?ａ??ｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?｜２６］??到目前为止，基于石墨烯的碳硫正极代表了锂硫电池中研究最广泛的方向之??一。石墨烯优异的电子导电性和易于官能化的特性使其成为用于硫正极的有前??途的载体材料。Ｚｈｏｕ等人［２６］通过一锅还原的方法设计和制备了具有良好导电性??的自支撑纤维状石墨烯－硫复合材料，该方法简单，且容易控制硫的量（图１．４）。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]负载ZnS的介孔炭复合硫正极材料的制备及性能研究[J]. 陈龙,刘景东,张诗群. 无机材料学报. 2013(10)
本文编号：3326418
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3326418.html
