车用动力电池硫—金属氧化物复合体系储锂材料的研究

发布时间：2017-11-04 19:04

  本文关键词：车用动力电池硫—金属氧化物复合体系储锂材料的研究

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【摘要】：电动汽车以及便携式电子设备等的快速发展对储能系统的容量和寿命提出了更高的要求,由于锂硫电池具有高的理论比能量,同时硫具有储量丰富、环境友好的优点受到了人们的广泛关注与研究。但是单质硫的绝缘性、还原产物多硫化锂在电解液中的溶解造成的活性材料的损失以及充放电过程中的体积变化这些问题阻碍了锂硫电池的商业化应用。本文利用金属氧化物纳米材料的优点,制备了S/In2O3复合正极材料、S/ZnO复合正极材料、S/Co3O4复合正极材料并对其进行了电化学性能测试,主要取得了以下阶段性成果和进展。1.S-In2O3复合正极材料的制备及性能研究通过水热法合成In2O3空心球结构作为硫的金属氧化物基体,使用XRD、SEM、TEM对制备的样品的晶体结构和形貌特征进行表征,此外采用循环伏安、交流阻抗以及恒电流充放电测试方法对S-In2O3复合正极材料在锂硫电池中的电化学性能进行评估,研究发现S-In2O3正极材料的循环稳定性得到了明显的提高,在电流密度为335mA/g时的首次放电比容量为1357mAh/g,在电流密度为670mA/g,经过60次循环后的放电比容量为595mAh/g,平均库伦效率为91.3%。此外,In2O3空心球结构的使用也改善了硫正极的导电性能,从而S-In2O3正极材料的倍率性能也得到了提高。优良的电化学性能表明了In2O3是一种非常具有应用前景的硫正极添加材料。2.S-ZnO复合正极材料的制备及性能研究通过简单的水热法以及随后的高温碳化制备出毯状结构的ZnO多孔纳米材料,然后采用熔融吸附法将硫渗入到ZnO纳米材料中制备出S-ZnO复合正极材料。电化学性能测试表明:在电流密度为335mA/g,S-ZnO复合正极材料首次充放电比容量分别为1668mAh/g和1414mAh/g,分别为理论比容量的99%和84%,100次循环后的放电比容量为663mAh/g,平均库伦效率为94.7%。同时研究了掺杂微量的金属离子对复合硫正极电化学性能的影响,发现Mn、Co的掺杂改善了电池的稳定性。3.S-Co3O4复合正极材料的制备及性能研究采用无模板的水热法制备出纯度较高的Co3O4纳米材料,XRD和SEM测试表明水热温度为120℃时间8h制备的黑色Co3O4材料是由无数尺寸在50-60纳米之间的颗粒聚集构成的,通过循环伏安(CV)、恒电流充放电以及交流阻抗(EIS)来测试S-Co3O4复合正极在锂硫电池中的电化学性能,结果显示S-Co3O4复合正极的首次充放电比容量分别为1543mAh/g、1512mAh/g,分别达到锂硫电池理论比容量的92%、90%,且首次充放电的库伦效率高达98%。通过改变水热温度和时间获得不同形貌结构的Co3O4纳米材料,电化学性能测试表明水热温度为95℃时间8h制备的S/Co3O4复合正极材料具有最佳的电化学性能。
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72

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