【摘 要】
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锂硫电池具有理论能量密度高(2600 Wh kg-1)、成本低廉和环境友好等优点,受到了科学界和产业界的广泛关注和研究。但是,目前锂硫电池依然存在活性物质利用率低、电化学可逆性差以及容量衰减快等问题。本论文从锂硫电池隔膜材料修饰改性的角度出发,通过在隔膜表面涂覆构建功能性涂覆层,提高活性物质利用率并抑制“穿梭效应”,提升锂硫电池的性能。本论文的主要研究工作如下:(1)还原氧化石墨烯涂覆改性隔膜的制
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锂硫电池具有理论能量密度高(2600 Wh kg-1)、成本低廉和环境友好等优点,受到了科学界和产业界的广泛关注和研究。但是,目前锂硫电池依然存在活性物质利用率低、电化学可逆性差以及容量衰减快等问题。本论文从锂硫电池隔膜材料修饰改性的角度出发,通过在隔膜表面涂覆构建功能性涂覆层,提高活性物质利用率并抑制“穿梭效应”,提升锂硫电池的性能。本论文的主要研究工作如下:(1)还原氧化石墨烯涂覆改性隔膜的制备及其电化学性能研究。通过改性Hummers法制备氧化石墨烯(GO),经热还原后均匀刮涂在商用PP隔膜一侧表面,获得还原氧化石墨烯涂覆改性的隔膜(r GO@PP)。r GO涂覆层具有良好的电子/离子传导性和丰富的孔隙结构,可以有效地吸附溶于电解液中的“游离态”多硫化锂,并促使“游离态”多硫化锂的电化学转化,因此,r GO复合隔膜抑制了多硫化锂的“穿梭效应”,提高了硫利用效率。使用r GO@PP复合隔膜的Li-S电池0.2C时的首圈放电容量为999.4 m Ah g-1,远高于使用原始PP隔膜的Li-S电池;循环100圈后,使用r GO@PP复合隔膜的Li-S电池依然具有很高的可逆容量(599.6 m Ah g-1)。(2)MoS2/还原氧化石墨烯复合材料涂覆改性隔膜的制备及其电化学性能研究。通过简单的水热法在还原氧化石墨烯表面原位生长MoS2纳米片,并将其均匀刮涂在商用PP隔膜一侧表面,获得MoS2/还原氧化石墨烯涂覆改性的隔膜(MoS2/r GO@PP)。多硫化锂溶液吸附实验结果表明:多孔MoS2/r GO复合材料比r GO具有更高的多硫化锂吸附容量,主要是由于MoS2/r GO存在更高效的物理和化学双重吸附作用。而且,低温水热生长获得的MoS2纳米片具有更多的化学吸附和催化活性位点,对多硫化物的电化学转化具有明显的催化促进作用,从而提高了电化学反应速率。因此,使用MoS2/r GO@PP复合隔膜的Li-S电池具有优异的电化学性能:0.2C时首圈放电容量高达1252.6 m Ah g-1,循环100圈后,容量仍然有916.5 m Ah g-1。甚至在高硫负载量(3.2 mg cm-2)的条件下,使用MoS2/r GO@PP复合隔膜的Li-S电池也具有985.8 m Ah g-1首圈放电容量,100次循环后容量保持有647.6 m Ah g-1。
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