基于硫化物改性的锂硫正极材料的合成及其电化学性能研究

发布时间：2018-01-04 00:37

本文关键词：基于硫化物改性的锂硫正极材料的合成及其电化学性能研究　出处：《中国科学技术大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着现代社会经济的快速发展以及对能源消耗需求的日益增长,人们迫切需要寻求能够满足智能通讯和电动汽车领域需求的高比能量、长循环寿命的电池系统。锂硫电池由于具有高理论比容量和高理论能量密度,被认为是最有希望的下一代锂离子电池。但锂硫电池的实际生产和应用仍面临许多阻碍和挑战,对硫基正极材料的改性是提高其电化学性能的主要手段之一。本文首先通过水热法合成超薄SnS2纳米片,再熔融灌硫合成SnS2纳米片改性的硫碳复合材料(S/C-SnS2)。我们对该复合物的电化学性能进行系统的研究后发现,超薄SnS2纳米片对多硫化物中间产物具有较强的化学吸附能力,且导电性高,比表面积大,吸附位点多,能有效提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。同时,我们探究了不同含量的超薄SnS2纳米片对电池性能的影响,研究发现SnS2纳米片的添加存在一个最佳比例,可进一步优化复合材料的电化学性能。其次,我们通过简单的水热法制备CuxS纳米颗粒,然后进行石墨烯包覆,合成石墨烯包覆的CuxS纳米颗粒复合物,再与硫复合,设计合成CuS纳米颗粒改性的硫基正极复合材料(S/CuS@GO),探究CuS纳米颗粒对电极材料电化学性能的影响,该复合材料在不同倍率下均具有良好的循环稳定性。本论文的研究内容主要总结为以下两个方面:1、首先通过水热法分别制备超薄SnS2纳米片和SnS2微米颗粒,超薄SnS2纳米片平均尺寸约为30 nm,SnS2微米颗粒直径约为5 μm。随后将商业硫、科琴黑和SnS2混合均匀,在真空管中155℃加热制备S/C-SnS2复合材料。相较于SnS2微米颗粒,SnS2纳米片由于尺寸小,比表面积大,对多硫化物具有较强的吸附能力,能有效改善锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,在S/C-SnS2复合材料中调节超薄SnS2纳米片的质量比为5wt%,10wt%和15wt%,并对复合材料的电化学性能进行系统研究,结果表明含10 wt%SnS2纳米片改性的复合材料具有最佳的电化学活性,在0.5 C电流密度下循环300圈可逆比容量可保持在800 mAh g-1,而在2 C高倍率下循环700圈仍具有540 mAh g-1的可逆比容量,这是因为超薄SnS2纳米片和碳材料发挥了最佳的协同作用。2、首先采用水热法制备CuxS纳米颗粒,再进行石墨烯包覆,随后以该复合物为基质,真空熔融灌入单质硫合成S/CuS@GO复合材料,且硫含量可高达80 wt%。对复合材料的形貌表征发现,CuS纳米颗粒均匀嵌在石墨烯中,对其电化学性能研究表明,通过CuS纳米颗粒改性的硫基正极材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能,该复合材料在0.5 C倍率下循环350圈,可逆比容量可保持在650 mAh g-1,在1C倍率下循环500圈,可逆比容量则可维持在600 mAhg-1。这是因为过渡金属硫化物CuS具有较高的导电性,且纳米结构可提供较多的活性位点供多硫化物吸附,有利于充放电过程中氧化还原反应的进行,提高活性物质的利用率,改善硫基正极材料的电化学活性。
[Abstract]:In this paper , we investigated the effect of ultra - thin SnS2 nanosheets on the electrochemical properties of lithium - sulfur batteries .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912;TB332

【参考文献】