【摘 要】
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因为锂离子电池越来越难以满足人们对于能量方面的需求,锂硫电池因高比容量和高的能量密度得到持续的关注,而成为重要的研究方向之一,为新能源系统的发展提供一种可能。但是正极硫的不导电性、硫的体积膨胀以及中间产物多硫化物溶解,这些都是锂硫电池未能商业化的主要技术障碍。本论文从锂硫电池的正极材料组成和结构出发,系统的探究了S@Ni O、S@GO/Ni O、S@C/Ni/Ni O等不同复合材料对锂硫电池的电化
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因为锂离子电池越来越难以满足人们对于能量方面的需求,锂硫电池因高比容量和高的能量密度得到持续的关注,而成为重要的研究方向之一,为新能源系统的发展提供一种可能。但是正极硫的不导电性、硫的体积膨胀以及中间产物多硫化物溶解,这些都是锂硫电池未能商业化的主要技术障碍。本论文从锂硫电池的正极材料组成和结构出发,系统的探究了S@Ni O、S@GO/Ni O、S@C/Ni/Ni O等不同复合材料对锂硫电池的电化学性能影响规律。具体的研究内容包括以下部分:(1)通过无模板水热法制备花状氧化镍多孔微球,研究不同实验因素对氧化镍形貌的影响,从而找出制备氧化镍微球的最佳制备工艺。把Ni O作为承载硫的载体,利用热熔融法制备出S@Ni O的复合电极。电化学性能表明,S@Ni O在0.2C恒电流充放电时,初始比容量为1096.2 m Ah g-1,在300个周期后容量可达237.8 m Ah g-1。(2)将氧化石墨烯(GO)与花状Ni O微球进行复合,实现石墨烯纳米片对Ni O的承载结构。当GO与Ni O质量比1:20时,形成较好的空间结构。S@GO/Ni O复合电极在0.5C恒电流充放电速率下,第一圈的放电比容量为830.1 m Ah g-1,200圈循环之后的容量仍有399.3 m Ah g-1,展现出良好的循环性能。(3)将Ni O微球浸入丝胶蛋白溶液中,经过碳化再氧化,形成C/Ni/Ni O复合材料。S@C/Ni/Ni O复合电极在0.2C恒电流充放电时,其初始比容量达到1192.2 m Ah g-1,循环300个周期后的放电比容量达358.3 m Ah g-1,在1 C恒电流充放电时,1000圈之后容量保有286.3 m Ah g-1,每圈的衰减率仅为0.068%,5C电流密度下的放电比容量仍能达到171.3m Ah g-1。电化学性能的提高,主要是归因于Ni O与多硫化物之间的化学吸附,以及复合电极中金属镍和丝胶蛋白衍生的碳材料的存在,增加了材料的导电特性。通过本论文的实验研究,对锂硫电池的正极进行组分和结构的改性,S@C/Ni/Ni O复合正极显示较好的电化学性能,这为解决锂硫电池的硫正极问题提供了实验基础和理论依据。
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