氧化物修饰碳-硫复合电极材料的制备及其电化学性能研究

摘要

锂硫（Li?S）电池具有超高的理论能量密度（2600 Wh/kg），且电极材料硫储量丰富、价格便宜，已成为当前二次电池领域极具竞争力的研究体系之一。但在电极反应过程中，由于硫材料导电性差、充放电中间产物―飞梭效应‖等原因，实际制备的电池往往面临容量衰减快、倍率性不强等问题，阻碍了Li?S电池的进一步应用与推广。从金属氧化物与多硫化物的界面作用出发，本研究提出以金属氧化物修饰不同碳硫复合电极材料，探索纳米粒子吸附、壳层包覆等微结构对Li?S电池电化学性能的影响。本文主要研究内容如下：
　　（一）纳米锑掺杂二氧化锡（Sb:SnO2，ATO）修饰碳纳米管硫复合电极材料的制备及其电化学性质的研究。以商用CNT为导电网络骨架，通过机械混合法将其与导电ATO纳米颗粒混合，并采用熔融法实现单质硫均匀包覆。研究表明CNT导电网络提升了电极导电性及硫负载量，而ATO颗粒则通过吸附作用抑制了―飞梭效应‖。通过优化可知当ATO掺入量为2％时，电池容量衰退速率最低，其初始容量为982 mAh/g，200次循环后，容量剩余66.5%，相对于不加ATO的样品容量提高了43.8%。
　　（二）MnO2包覆碳化聚乙烯亚胺?硫复合电极材料的湿化学原位氧化法制备及其电化学性能研究。以线性聚乙烯亚胺（LPEI）为模板制备了具有三维贯通结构的多孔碳材料并将其负载单质硫，以KMnO4溶液为氧化剂和锰源，通过原位氧化还原反应在碳?硫复合结构表面生成一层片状MnO2的包覆层。研究结果表明，表面MnO2包覆层的限域效应可显著抑制多硫化锂的扩散，使得组装电池的库伦效率明显提升。适量氧化的样品在200次循环后容量剩余达485mAh/g，更重要的是其库伦效率保持在96%以上，而未氧化的样品200次循环后库伦效率仅为84%。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 锂电池简介

1.3 锂硫电池正极材料研究现状

1.4 锂负极的研究进展

1.5 锂硫电池隔膜的研究进展

1.6 选题意义及主要研究内容

2 实验过程与表征

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 材料表征技术

2.4 电池的组装及性能测试

3 纳米ATO修饰CNT-S复合电极材料的制备及其电化学性质

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 MnO2包覆CPEI-S复合电极材料的制备及其电化学性质

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢