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(chǔ)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(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(shí)，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(duì)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