本文主要研究内容
作者陈新（2019）在《高比能锂硫电池复合正极的制备及电化学性能研究》一文中研究指出：锂硫电池是下一代储能体系最具前景的技术之一,使用硫单质作为正极活性材料。硫的理论比容量高(1675 mAh g-1)、能量密度高(2600 Wh kg-1),自然资源丰富,低成本,无毒和环境友好。锂硫电池虽然优势明显,但也存在一些突出问题,诸如硫和硫化锂的导电性差,中间产物多硫化物（Li2Sn,4≤n≤8）容易溶解在有机溶剂中而产生穿梭效应。穿梭效应是指多硫化物分子从负极迁移到正极以及相反的过程,导致了硫的不可逆损失,库伦效率低,循环容量低以及界面阻抗增大。因此,本论文针对上述锂硫电池存在的问题,通过合理的结构设计,制备了新颖的锂硫电池正极,并研究了其电化学性能。主要的研究内容和结论如下:1.为了提高硫正极的单位面载量和面容量,本工作采用低成本、操作简便的静电纺丝技术,构筑了一种三维互连的自支撑纸质电极（Mn3O4@CNF/S）。三维互连的碳纳米纤维网络具有良好的机械强度,保证电池组装和循环中正极的结构完整;能够有效地抑制中间产物在电解液中的溶解和扩散;与硫复合后的电极具有良好的硫利用率和循环性能。另外,多层堆叠的纸质电极,单位面载量可提高到11 mg cm-2下,面容量高达8 mAh cm-2。X射线光电子能谱（XPS）表征了循环过程中Mn3O4会与长链多硫化物生成溶解度较低的中间产物硫代硫酸盐,从而抑制多硫化物的穿梭效应。2.为了从源头上消除多硫化物穿梭效应,本工作设计一种只有短链多硫化物中间产物（Li2Sn,n≤4）的硫正极。硒掺杂的硫化聚丙烯腈（SexSPAN,x<0.15,50wt%SexS）复合物在醚类电解液中循环时,可溶短链多硫化物（Li2Sn,n≤4）能够快速转变为不溶的Li2S2和Li2S,因此多硫化物溶解和穿梭效应几乎完全消除,实现与醚类电解液的兼容,并且具有高倍率和长循环寿命。在0.2 A g-1（0.13 C）电流密度下,SexSPAN电极的可逆比容量高达1300 mAh g-1,活性物质利用率高达84%。在10 A g-1（6.5 C）的大电流密度下,SexSPAN电极的放电比容量高达900 mAh g-1。另外,SexSPAN电极在醚类电解液中循环800圈中,平均容量损失率仅为0.029%,库伦效率几乎为100%。锂离子扩散系数的测试和第一性原理计算（DFT）,证明了硒掺杂降低了锂离子在正极的迁移势垒,提高了锂离子扩散系数。3.为了避免锂金属负极带来的安全隐患以及硫的体积膨胀,本工作采用硫化锂作为正极。碳/硫化锂的复合材料的制备过程通常较为复杂,限制了规模化应用。因此,本工作提出的一种温和、高效的策略,制备方法工艺简单、成本低廉,适用于大批量制备碳/硫化锂的复合材料,即采用喷雾干燥法制备碳包覆的硫化锂/碳纳米管的复合材料（Li2S@C-CNT）。Li2S@C-CNT复合材料中,硫化锂纳米颗粒分布在三维的碳纳米管网络骨架结构,因此不仅能抑制活性物质的流失和多硫化物的扩散,同时有利于电子和离子的传输。在首圈充电过程中,Li2S@C-CNT电极的充电势垒低至3.1 V,有利于硫化锂纳米颗粒的充分活化。另外,Li2S@C-CNT电极的首圈库伦效率高达97%,首圈比容量高达1100 mAh g-1,接近理论比容量;循环200圈后,在0.1 C电流密度下,面载量为5 mg cm-2的电极放电比容量仍然有450 mAh g-1。Li2S@C-CNT正极具有合理设计的结构和良好的电化学性能,提供了制备高比能锂硫电池的新途径。综上所述,本工作制备了不同的硫正极,抑制了锂硫电池中的多硫化物穿梭效应,活性物质硫的本征导电性差和锂化后体积膨胀大的问题,提高了活性物质硫的利用率,实现了优异的循环性能和倍率性能,并对其中的机理进行了探讨。
Abstract
li liu dian chi shi xia yi dai chu neng ti ji zui ju qian jing de ji shu zhi yi ,shi yong liu chan zhi zuo wei zheng ji huo xing cai liao 。liu de li lun bi rong liang gao (1675 mAh g-1)、neng liang mi du gao (2600 Wh kg-1),zi ran zi yuan feng fu ,di cheng ben ,mo du he huan jing you hao 。li liu dian chi sui ran you shi ming xian ,dan ye cun zai yi xie tu chu wen ti ,zhu ru liu he liu hua li de dao dian xing cha ,zhong jian chan wu duo liu hua wu （Li2Sn,4≤n≤8）rong yi rong jie zai you ji rong ji zhong er chan sheng chuan suo xiao ying 。chuan suo xiao ying shi zhi duo liu hua wu fen zi cong fu ji qian yi dao zheng ji yi ji xiang fan de guo cheng ,dao zhi le liu de bu ke ni sun shi ,ku lun xiao lv di ,xun huan rong liang di yi ji jie mian zu kang zeng da 。yin ci ,ben lun wen zhen dui shang shu li liu dian chi cun zai de wen ti ,tong guo ge li de jie gou she ji ,zhi bei le xin ying de li liu dian chi zheng ji ,bing yan jiu le ji dian hua xue xing neng 。zhu yao de yan jiu nei rong he jie lun ru xia :1.wei le di gao liu zheng ji de chan wei mian zai liang he mian rong liang ,ben gong zuo cai yong di cheng ben 、cao zuo jian bian de jing dian fang si ji shu ,gou zhu le yi chong san wei hu lian de zi zhi cheng zhi zhi dian ji （Mn3O4@CNF/S）。san wei hu lian de tan na mi qian wei wang lao ju you liang hao de ji xie jiang du ,bao zheng dian chi zu zhuang he xun huan zhong zheng ji de jie gou wan zheng ;neng gou you xiao de yi zhi zhong jian chan wu zai dian jie ye zhong de rong jie he kuo san ;yu liu fu ge hou de dian ji ju you liang hao de liu li yong lv he xun huan xing neng 。ling wai ,duo ceng dui die de zhi zhi dian ji ,chan wei mian zai liang ke di gao dao 11 mg cm-2xia ,mian rong liang gao da 8 mAh cm-2。Xshe xian guang dian zi neng pu （XPS）biao zheng le xun huan guo cheng zhong Mn3O4hui yu chang lian duo liu hua wu sheng cheng rong jie du jiao di de zhong jian chan wu liu dai liu suan yan ,cong er yi zhi duo liu hua wu de chuan suo xiao ying 。2.wei le cong yuan tou shang xiao chu duo liu hua wu chuan suo xiao ying ,ben gong zuo she ji yi chong zhi you duan lian duo liu hua wu zhong jian chan wu （Li2Sn,n≤4）de liu zheng ji 。xi can za de liu hua ju bing xi jing （SexSPAN,x<0.15,50wt%SexS）fu ge wu zai mi lei dian jie ye zhong xun huan shi ,ke rong duan lian duo liu hua wu （Li2Sn,n≤4）neng gou kuai su zhuai bian wei bu rong de Li2S2he Li2S,yin ci duo liu hua wu rong jie he chuan suo xiao ying ji hu wan quan xiao chu ,shi xian yu mi lei dian jie ye de jian rong ,bing ju ju you gao bei lv he chang xun huan shou ming 。zai 0.2 A g-1（0.13 C）dian liu mi du xia ,SexSPANdian ji de ke ni bi rong liang gao da 1300 mAh g-1,huo xing wu zhi li yong lv gao da 84%。zai 10 A g-1（6.5 C）de da dian liu mi du xia ,SexSPANdian ji de fang dian bi rong liang gao da 900 mAh g-1。ling wai ,SexSPANdian ji zai mi lei dian jie ye zhong xun huan 800juan zhong ,ping jun rong liang sun shi lv jin wei 0.029%,ku lun xiao lv ji hu wei 100%。li li zi kuo san ji shu de ce shi he di yi xing yuan li ji suan （DFT）,zheng ming le xi can za jiang di le li li zi zai zheng ji de qian yi shi lei ,di gao le li li zi kuo san ji shu 。3.wei le bi mian li jin shu fu ji dai lai de an quan yin huan yi ji liu de ti ji peng zhang ,ben gong zuo cai yong liu hua li zuo wei zheng ji 。tan /liu hua li de fu ge cai liao de zhi bei guo cheng tong chang jiao wei fu za ,xian zhi le gui mo hua ying yong 。yin ci ,ben gong zuo di chu de yi chong wen he 、gao xiao de ce lve ,zhi bei fang fa gong yi jian chan 、cheng ben di lian ,kuo yong yu da pi liang zhi bei tan /liu hua li de fu ge cai liao ,ji cai yong pen wu gan zao fa zhi bei tan bao fu de liu hua li /tan na mi guan de fu ge cai liao （Li2S@C-CNT）。Li2S@C-CNTfu ge cai liao zhong ,liu hua li na mi ke li fen bu zai san wei de tan na mi guan wang lao gu jia jie gou ,yin ci bu jin neng yi zhi huo xing wu zhi de liu shi he duo liu hua wu de kuo san ,tong shi you li yu dian zi he li zi de chuan shu 。zai shou juan chong dian guo cheng zhong ,Li2S@C-CNTdian ji de chong dian shi lei di zhi 3.1 V,you li yu liu hua li na mi ke li de chong fen huo hua 。ling wai ,Li2S@C-CNTdian ji de shou juan ku lun xiao lv gao da 97%,shou juan bi rong liang gao da 1100 mAh g-1,jie jin li lun bi rong liang ;xun huan 200juan hou ,zai 0.1 Cdian liu mi du xia ,mian zai liang wei 5 mg cm-2de dian ji fang dian bi rong liang reng ran you 450 mAh g-1。Li2S@C-CNTzheng ji ju you ge li she ji de jie gou he liang hao de dian hua xue xing neng ,di gong le zhi bei gao bi neng li liu dian chi de xin tu jing 。zeng shang suo shu ,ben gong zuo zhi bei le bu tong de liu zheng ji ,yi zhi le li liu dian chi zhong de duo liu hua wu chuan suo xiao ying ,huo xing wu zhi liu de ben zheng dao dian xing cha he li hua hou ti ji peng zhang da de wen ti ,di gao le huo xing wu zhi liu de li yong lv ,shi xian le you yi de xun huan xing neng he bei lv xing neng ,bing dui ji zhong de ji li jin hang le tan tao 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自华中科技大学的陈新，发表于刊物华中科技大学2019-04-24论文，是一篇关于,华中科技大学2019-04-24论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自华中科技大学2019-04-24论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。