復(fù)合型鋰硫電池正極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰硫電池的理論比容量和理論能量密度分別高達(dá)1675mAh g-1和2600Wh kg-1，同時因?yàn)閱钨|(zhì)硫成本低廉、環(huán)境友好、儲量豐富等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的能量存儲和轉(zhuǎn)化體系之一。然而單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物的電絕緣性、正極材料在充放電過程中的體積膨脹、多硫化物的穿梭效應(yīng)等問題導(dǎo)致硫的利用率低、電池的循環(huán)性能差,嚴(yán)重阻礙了鋰硫電池的商業(yè)化進(jìn)程。本文主要針對鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，采用氮摻雜及納米氧化錳復(fù)合策略，制備新型碳/硫復(fù)合正極

2、材料。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴NHPC@MnO2/S復(fù)合材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用。以三聚氰胺甲醛樹脂為碳源和氮源、多孔納米 SiO2作為模板，通過原位聚合、碳化、刻蝕獲得直徑為100～300nm的富氮多孔中空碳?xì)ぃ∟HPC）。然后在NHPC表面生長極性氧化錳納米片層得到NHPC@MnO2，以此作為高性能的載硫基體應(yīng)用于鋰硫電池中。利用FESEM、TEM、TGA、XRD等表征手段對材料進(jìn)行組成、形貌和結(jié)構(gòu)分析并使用Lan

3、d2001A電池測試系統(tǒng)和辰華電化學(xué)工作站進(jìn)行了電化學(xué)性能的測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氮摻雜和極性氧化物包覆的策略可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同的化學(xué)吸附效應(yīng)，這種協(xié)同效應(yīng)相比單一的化學(xué)吸附對多硫化物的吸附更加有效，循環(huán)穩(wěn)定性更好。70wt%含硫量的NHPC@MnO2/S復(fù)合材料電池在0.5C電流密度下循環(huán)100圈，容量保持率高達(dá)93%。在2C電流密度下經(jīng)歷500圈超長循環(huán)，容量損失率僅為0.07%/圈。同時，適量的氮摻雜和開放式的氧化物納米片層結(jié)構(gòu)利于電子快速

4、傳導(dǎo)，以彌補(bǔ)氧化物導(dǎo)電性不好帶來的電池極化影響。⑵NMWCNT@MnO2/S復(fù)合材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用。通過對多壁碳納米管（MWCNTs）改性引入氮原子，然后在其表面生長極性氧化錳納米片層，制備出被氧化錳鱗片包覆的多壁碳納米管(MWCNTs@MnO2)，以此作為高性能的載硫材料應(yīng)用于鋰硫電池中。利用XRD、TGA、FESEM、TEM等表征手段對材料進(jìn)行組成、形貌和結(jié)構(gòu)分析并使用Land2001A電池測試系統(tǒng)和辰華電化學(xué)工作站進(jìn)