极微孔碳限域硫正极材料的电化学性能研究

发布时间：2017-12-17 17:07

  本文关键词：极微孔碳限域硫正极材料的电化学性能研究

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【摘要】：锂硫电池由于有着高的理论容量(1675 mAh g-1),有望成为新一代高能量密度的储能系统,有着广阔的应用前景。在锂离子电池中广泛应用的酯类电解液具有较高的沸点,低的成本和高的氧化电压具有更大的实际应用优势。然而,硫正极材料与传统酯类电解液并不兼容。因此,发展兼容传统酯类电解液的硫正极材料的研究就显得尤为重要。本论文立足于建立自活化、无活化体系,低成本、简单、可控的一步合成方法制备极微孔碳,完成了对于微孔碳特定孔径(d0.7 nm)的调控,作为载体实现了硫正极材料在酯类锂硫、酯类钠硫的应用。同时我们研究了不同限域硫正极材料在酯类、醚类电解液体系中的电化学行为,实现了酯类电解液中Ge-S电池的应用,为酯类电解液兼容的硫正极材料提供了解决思路和发展目标。此外,我们实现了亚稳相丫-硫的合成以及γ-硫在酯类、醚类电解液中电化学行为的探究。具体内容如下:1.建立简单高效的自活化合成体系,原位一步碳化酒石酸碱盐法合成微孔碳,通过对碱金属配合物前驱源的优化选择和过程分析,实现了微孔碳结构(0-2 nm)的选择性调控合成,并进一步揭示极微孔比例与酯类锂硫电池性能之间的关系。在酯类电解液中,碳硫复合物在电流密度为1C的情况下,循环600圈后仍维持616.3 mAh g-1的放电容量。阐明了酯类锂硫窄化亚纳米限域的思路,实现了电化学性能的提升。2.发展了无活化策略制备极微孔碳,一步碳化聚合物PVDF的方法,快速、便捷、有效地制备出极微孔碳。相比于传统活化的方法具有无需活化剂、操作步骤少,高温处理腐蚀性小、孔容大,比表面大,亚纳米孔径范围窄等特点,在电流密度2 C的倍率下,500圈循环以后仍然保持了 508 mA h g-1的容量,与初始容量相比保持了 81.2%。该策略的提出不仅满足了合适载体的要求(窄的孔径和大的孔体积),而且可以推广到其他金属-硫电池,使其电化学性能得到提升。3.系统地研究了不同限域硫电极材料分别在酯类、醚类电解液中的电化学行为,囊括了现有所有体系的锂硫电池电化学平台,提出了表面处理对电化学行为的重要性,为以后合成兼容酯类电解液的硫电极材料提供了有益的参考。同时,我们组装了在酯类电解液中Ge-S的全电池,在1C的电流密度下,Ge-S电池在100次循环后,可逆容量仍然稳定在418 mA h g-1,并且库仑效率稳定在100%,为进一步制备高能量密度的全电池做了大胆的尝试。4.从物相的角度出发,提出了一种合成γ相的硫的新方法,首次揭示了亚稳γ相硫在酯类、醚类电解液中的电化学行为,研究发现单斜相的硫并不能产生单平台的电化学行为,并且在酯类电解液中也存在不兼容的现象,为硫正极材料在酯类电解液中的兼容性提供了一定的实验基础。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912;TB332

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1 胡磊;极微孔碳限域硫正极材料的电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2017年

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本文编号：1300884