【摘 要】
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锂硫电池具有能量密度高、对环境友好以及生产成本低等优点,被认为是最具有发展前景的电池体系之一,但是硫正极较差的导电性、充放电过程中体积变化大以及穿梭效应等严重制约了锂硫电池的发展。本课题基于二维过渡金属碳化物或氮化物（MXene）材料的高导电性、铁基氧化物和硫化物对于多硫化锂的吸附催化转化作用,通过原位生长与超声复合的方式制备了碳化钛（Ti3C2）与铁基氧化物和硫化物的复合材料,有效抑制了锂硫电池
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锂硫电池具有能量密度高、对环境友好以及生产成本低等优点,被认为是最具有发展前景的电池体系之一,但是硫正极较差的导电性、充放电过程中体积变化大以及穿梭效应等严重制约了锂硫电池的发展。本课题基于二维过渡金属碳化物或氮化物（MXene）材料的高导电性、铁基氧化物和硫化物对于多硫化锂的吸附催化转化作用,通过原位生长与超声复合的方式制备了碳化钛（Ti3C2）与铁基氧化物和硫化物的复合材料,有效抑制了锂硫电池循环过程中的穿梭效应,提升了材料中活性物质的利用率,材料的充放电比容量、循环性能和倍率性能得到提高。本论文的研究结果对高性能锂硫电池的设计具有一定的借鉴意义。通过对Ti3C2进行碱化处理,得到了三维褶皱结构的Alk-Ti3C2材料,将Alk-Ti3C2分别作为硫正极的基体材料和添加剂进行研究。相对于Ti3C2材料来说,由于Alk-Ti3C2表面有更多的-OH以及形成的三维褶皱结构,既能够很好地分散硫,缓解硫正极在充放电过程中发生的体积变化,也能够对多硫化锂进行更好地吸附,提高活性物质的利用率。作为载硫基体时,在1 C放电条件下,Alk-Ti3C2/S在200圈循环后放电比容量为263 m Ah g-1,展现出比Ti3C2/S材料更加优越的性能。作为碳纳米管（CNT）载硫正极添加剂时,Alk-Ti3C2材料在循环100圈后保持622 m Ah g-1的放电比容量,高于Super P（SP）材料的472 m Ah g-1。在对Ti3C2进行碱化处理的基础上,在三维褶皱Alk-Ti3C2纳米片上修饰了铁的氧化物和铁的硫化物,分别用于载硫基体及硫正极添加剂中。作为载硫基体时,原位方法制备的Alk-Ti3C2/Fe3O4/S-2.5在200圈后放电比容量为511 m Ah g-1,高于Alk-Ti3C2/S的100 m Ah g-1。作为添加剂时,原位生长制备的Alk-Ti3C2/Fe3O4-1.5与超声复合制备的Alk-Ti3C2@Fe3O4-50对正极电化学性能均有较大提高,并且Alk-Ti3C2@Fe3O4-50性能更优,其在100圈后放电比容量为717 m Ah g-1,每圈容量衰减为0.38%;Alk-Ti3C2@Fe S2在电池反应过程中也起到了类似作用。
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