锂-硫电池电极材料制备及电化学反应动力学研究

发布时间：2023-08-29 20:24

　　锂-硫电池具有极高的理论比容量(1675 mA h g-1)和能量密度(2567 W h kg-1),近年来受到广泛的关注。然而,锂-硫电池商业化应用仍面临亟待解决的问题,比如硫利用率低,容量衰减快,库伦效率低等。活性物质的载体材料设计一直是锂-硫电池的研究重点,但是电极反应动力学过程却很少被关注。实际上,载体材料和电极反应动力学的关系十分紧密。例如,硫及其放电产物的低导电性会影响电荷转移电阻,导致缓慢的电化学氧化还原动力学;充放电过程中硫正极体积的膨胀和收缩,导致导电网络的破坏,阻碍了离子和电子的有效传递;多硫化物扩散到锂负极,形成含不导电Li2S2/Li2S的表面钝化层,降低了负极锂沉积/剥离反应动力学;循环过程中锂负极容易形成枝晶,导致极不稳定的电极|电解液界面和复杂的反应动力学过程等。反应动力学考虑理论和实际的电化学反应,从而更加深入地理解基础研究和实际应用之间的问题。本文针对活性物质的导电性,多硫化物的“穿梭效应”,以及锂金属的枝晶问题,从反应动力学的角度,对电极材料进行了合理的设计和调控,研究了锂-硫电化学氧化还原过程中电极物化性质和反应动力学的相互关联性,主要内容如下:1...

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂-硫电池反应动力学
    1.3 锂-硫电池性能衰减及面临挑战
    1.4 硫正极材料及反应动力学研究进展
        1.4.1 碳材料
        1.4.2 极性/催化材料
        1.4.3 有机硫材料
    1.5 锂负极材料及反应动力学研究进展
        1.5.1 界面工程
        1.5.2 电极结构设计
        1.5.3 异质成核/生长
    1.6 本论文的选题依据及主要研究内容
    参考文献
第2章 碲掺杂促进硫正极电化学氧化还原动力学及锂-硫电池性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂原料
        2.2.2 碲-硫材料制备
        2.2.3 材料表征
        2.2.4 电化学测试
        2.2.5 理论计算
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 第一性原理计算
        2.3.2 材料表征
        2.3.3 电化学表征
    2.4 本章小结
    参考文献
第3章 单原子钴促进正极硫化物电化学沉积动力学及锂-硫电池性能的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂原料
        3.2.2 单原子钴材料的制备
        3.2.3 材料表征
        3.2.4 电化学测试
        3.2.5 理论计算
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 材料表征
        3.3.2 电化学测试及产物形貌表征
        3.3.3 硫化物沉积机理探讨
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 单原子锌促进金属锂负极电化学沉积/剥离动力学及锂-硫电池性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂原料
        4.2.2 单原子锌材料的制备
        4.2.3 材料表征
        4.2.4 电化学测试
        4.2.5 理论计算
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 材料表征
        4.3.2 理论计算/成核表征
        4.3.3 沉积形貌表征
        4.3.4 电化学测试
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 总结与展望
攻读博士学位期间的研究成果
致谢
后记



本文编号：3844223