基于金屬摻雜多孔碳-硫正極材料的制備及鋰硫電池性能研究.pdf

1、鋰硫電池因其高的比容量及能量密度，作為一種非常有前景的能源存儲設(shè)備獲得人們的廣泛關(guān)注和大量研究。然而，由于硫和多硫化物中間體導(dǎo)電性差、鋰化過程中嚴(yán)重的體積膨脹以及充放電過程中多硫化鋰溶解引起的穿梭效應(yīng)導(dǎo)致活性物質(zhì)的流失引起庫倫效率低等問題，嚴(yán)重阻礙了Li-S電池進(jìn)一步發(fā)展。為了解決上述問題，人們進(jìn)行了大量的研究，其中包括:1）將多孔碳材料和硫或硫化鋰復(fù)合;2）對碳基硫正極材料進(jìn)行表面化學(xué)修飾、包覆，金屬氧化物及氮化物的鑲嵌來改善硫正極的

2、導(dǎo)電性、極性，使其與硫或多硫化物形成強(qiáng)的化學(xué)作用，從而達(dá)到穩(wěn)定多硫化物的作用。然而，碳載體的類型、碳基材料表面化學(xué)修飾、不同的金屬摻雜對電極電化學(xué)性能的影響還存在大量空白。本文以碳/硫正極材料的制備及電化學(xué)性能研究為基礎(chǔ)，進(jìn)一步探究不同類型的碳材料以及不同金屬修飾下的硫正極材料對電池電化學(xué)性能的影響。本文主要研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn):
　　(1)熱溶解法制備不同硫負(fù)載量的三維多孔碳/硫復(fù)合材料(CA-S)及其電化學(xué)性能研究。通過SEM

3、、TEM分析可以知道:材料呈現(xiàn)出一個良好的球形形貌窄粒度以及相互連通的孔道和三維多孔互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高了材料的比表面積，CA和CuS-4/CA的比表面積分別為804和726 m2 g-1。此外，豐富的介孔及微孔可以高效固定多硫化物，從而有效抑制了多硫化物的溶解，有效提高了碳/硫正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。電化學(xué)研究表明:在電流密度0.2 C時，碳/硫電極首次放電容量達(dá)到1059 mAh g-1，循環(huán)100圈后可逆容量保持665 mAh g

4、-1。
　　(2)一種新型的CuS量子點(diǎn)修飾的碳/硫(CuS-n/CA-S)正極材料的制備以及電化學(xué)性能研究。在室溫下，通過一種溫和的化學(xué)方法合成尺寸分布均勻的CuS量子點(diǎn)并且被有地分散在碳孔道中。一方面，介孔碳中的CuS量子點(diǎn)對多硫化物有很好的吸附與錨定作用，從而有效抑制多硫化物溶解，有效改善了電池的循環(huán)穩(wěn)定性;另一方面，高度分散的CuS量子點(diǎn)提高了碳/硫復(fù)合材料的離子和電子的傳輸能力，有利于倍率性能的提高。在電流密度0.2 C