【摘 要】
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随着世界经济的快速发展,化石能源的过度开采和消耗愈加严重,由此产生的环境问题也越来越引起人们的重视。科技的进步也推动了新能源、新材料的发展。如今,由锂离子电池供能的电动汽车正在逐渐普及,为化石能源的合理利用及环境保护起到了积极的促进作用。但锂离子电池普遍存在能量密度较低、循环性能差的问题。相比锂离子电池,锂硫电池具有更高的能量密度,但也存在着硫单质导电性差、充放电过程中活性物质体积膨胀大、多硫化物
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随着世界经济的快速发展,化石能源的过度开采和消耗愈加严重,由此产生的环境问题也越来越引起人们的重视。科技的进步也推动了新能源、新材料的发展。如今,由锂离子电池供能的电动汽车正在逐渐普及,为化石能源的合理利用及环境保护起到了积极的促进作用。但锂离子电池普遍存在能量密度较低、循环性能差的问题。相比锂离子电池,锂硫电池具有更高的能量密度,但也存在着硫单质导电性差、充放电过程中活性物质体积膨胀大、多硫化物穿梭严重等问题,大大限制了锂硫电池的实际应用。为了解决上述问题,本文利用过渡金属氧化物所具有的化学极性,制备了能够对多硫化物产生吸附作用的正极材料,以及通过CVD法制备HfC纳米线-碳纤维布用作集流体材料,来协同改善锂硫电池的性能,主要的研究内容与结论如下:1.碳布集流体上单位硫负载量和硫复合材料种类的优化研究。采用单质硫与碳纳米管复合、单质硫与活性炭复合制备正极材料,并设置4种不同浓度梯度的单位面积活性物负载量。结果表明,以硫与碳纳米管复配作为正极材料电化学性能好于活性炭,并且以碳布作为集流体的单位硫负载量在3～4cm2/g时达到最优的电化学性能。2.CNT/HfO2纳米材料@S正极复合材料的制备与研究。运用溶胶凝胶法制备二氧化铪纳米颗粒,采用低压CVD法以静电纺丝纤维为基底生长HfC纳米线并做氧化处理;将两种铪基氧化物材料与碳纳米管、单质硫复合制备正极材料,以此构建高效稳定的反应界面来促进多硫化物的转化提升电池性能。其中,氧化铪等极性材料对多硫化物的吸附和催化起到了抑制穿梭效应的作用。在0.1C倍率下,首次最高的放电容量达到1528 m Ah/g,即使在2C倍率下也有550 m Ah/g的容量。3.HfC纳米线-碳纤维布集流体的制备与研究。通过低压CVD法在碳布基底上原位生长HfC纳米线,用于锂硫电池的自支撑载体,再通过涂覆CNT/HfO2NP@S制备成电池正极材料。纳米线交织形成的网状结构为正极材料提供了更多的活性位点,并加快了电子传输。由此在高载硫量下,0.1C的倍率首次放电容量达到1558 m Ah/g,同时交流阻抗测试表明,生长有HfC纳米线的集流体阻抗为15.9Ω。
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