【摘 要】
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随着世界能源危机、排放升级的加快,人类的经济发展和生存受到了严重威胁。因此开发新型储能材料是降低能源投资建设成本、优化能源结构的创新手段。锂硫电池因能量密度高,续
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随着世界能源危机、排放升级的加快,人类的经济发展和生存受到了严重威胁。因此开发新型储能材料是降低能源投资建设成本、优化能源结构的创新手段。锂硫电池因能量密度高,续航持久,绿色环保,而且制造过程成本极低等优势被广泛关注和研究。但是却因硫利用率低、穿梭效应、体积膨胀等问题而限制其发展。因此针对以上问题开发设计具有优异电化学性能的正极材料迫在眉睫。而金属硫化物来源广泛,并且具有极性以促进化学反应的进行。因此本文基于金属硫化物中的硫化亚锡,采用不同碳源对其进行改性制备复合材料并应用于锂硫电池正极,并系统对该材料的电化学性能进行评估。主要研究内容如下:(1)通过一步水热法,构建了具有导电网络花状硫化亚锡和碳纳米管(SnS@CNTs)复合材料作为硫主体,以二硫化碳溶剂法制备了 SnS@CNTs/S正极材料。碳纳米管穿插在花状硫化亚锡间,为纳米花之间的电子/离子传输提供了高速通道从而提高了活性材料的利用率。基于碳纳米管改性后,复合材料就有丰富的界面功能位点,SnS@CNTs/S电极提供了优异的充放电比容量,在0.1C的电流密度下表现出的初始容量高达1314.4 mAh g-1,在0.5C的电流密度下循环200圈,每圈衰减率仅为0.22%,且库伦效率始终保持在99%以上。极性SnS和SnS与CNTs之间的C-S位点能高效的锚定多硫化物并促进多硫化物的转化动力学过程,有效地缓解了穿梭效应。(2)采用一步水热法,通过葡萄糖的原位涂覆和高温碳化,构建了具有多孔碳层微花状型硫主体材料。基于碳涂层后,多孔碳层比表面高达227.9 m2 g-1,因此实现了 73%的高硫负载量。同时碳层具有丰富的界面功能位点,形成的化学键锚定硫,有效将多硫化物传输至硫化亚锡催化位点,促进氧化还原反应从而增强反应动力学。复合材料作为多孔碳壳和电催化活性的稳定纳米反应器,SnS@C/S MS电极在0.1 C的电流密度下提供1074.7 mAh g-1的高放电比容量,在2.0 C时保持705.9 mAhg-1的比容量,并且实现了超长循环寿命,在0.5 C电流密度下,循环600圈,每圈比容量衰减率仅为0.073%,且库伦效率始终稳定在99%以上。通过静态吸附结合XPS揭示SnS@C MS的吸附机理,采用Li2S6对称电池CV和恒电压放电等技术手段论证了多孔碳层促进可溶性LiPSs转化和Li2S成核生长。
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