先进锂硫电池正极材料的掺杂改性研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjss2008
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锂硫电池因其高的理论比容量和高的能量密度被认为是最先进的储能设备之一。硫作为正极活性物质,具有资源丰富,价格低廉的优点。然而,锂硫电池的商业化应用一直存在着严重的挑战,如硫和最终产物Li2S2/Li2S差的导电性以及充放电过程中多硫化物的穿梭效应等。为了解决上述问题,本论文基于多硫化物具有极性的特点,围绕锂硫电池正极材料开展研究,并选择极性材料进行改性研究,探讨多硫化物催化转化机理,旨在缓解穿梭效应,加快反应动力学,通过杂原子掺杂等一系列工作提升锂硫电池的性能,主要研究工作如下:(1)为了缓解多硫化物的穿梭效应,采用简单的溶胶-凝胶法和高温煅烧法制备了一种高效的Fe/Co-C3N4/C催化剂。发现拥有较大比表面积的Fe/Co-C3N4/C,可以很好地固硫,同时,具备较高的导电性,可以促进电化学氧化还原反应。Fe/Co-C3N4/C/S正极在0.2 C的条件下,初始放电比容量是949 m Ah g-1,135次循环后,仍能释放749 m Ah g-1的比容量,平均每圈衰减速率为0.156%。(2)通过简单的高温水热法和退火煅烧法,合成了一种高效催化剂P0.1-Mo0.9Ni0.1S2/CNT。发现镍的掺杂,能激发2H-Mo S2相转变1T-Mo S2相,提高材料的电导率。P0.1-Mo0.9Ni0.1S2/CNT具有快速促进硫化锂沉积的能力,改善反应动力学。P0.1-Mo0.9Ni0.1S2/CNT/S在1 C时具有742 m Ah g-1的初始放电比容量,循环500次后仍显示了463 m Ah g-1的放电比容量,平均每圈衰减率仅为0.075%。(3)通过简单的无模板水热法和退火煅烧法合成了Mn/Co-Ni O/C。通过对Ni O进行组分和结构上的优化,发现尿素原位热解/碳化制备的碳,能提高材料的导电性。通过金属离子(Mn2+,Co2+)掺杂Ni O,诱导了晶格中氧空位的形成,促进Li+在晶格中的扩散,促进电极的电化学动力学。并且Mn/Co-Ni O/C微球可以较好的吸附多硫化物,缓解穿梭效应。Mn/Co-Ni O/C/S正极在0.2 C的条件下,初始放电比容量是1000 m Ah g-1,200次循环后,仍能释放778 m Ah g-1的比容量,容量保持率为78%。
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