【摘 要】
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以移动通信设备、电动汽车、电网储能设备等为代表的一系列电子电动产品已经成为了生活中不可缺少的部分,其中电动汽车的发展更是对传统锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。锂硫电池因其理论比容量(1675 m Ah g-1)远高于传统锂离子电池,且硫单质储量大、毒性小、价格低,被认为是跨越当下新能源产业发展中500 Wh kg-1能量密度瓶颈的新型电池体系。然而目前存在一些技术难点阻碍着锂硫电池的工业化进
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以移动通信设备、电动汽车、电网储能设备等为代表的一系列电子电动产品已经成为了生活中不可缺少的部分,其中电动汽车的发展更是对传统锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。锂硫电池因其理论比容量(1675 m Ah g-1)远高于传统锂离子电池,且硫单质储量大、毒性小、价格低,被认为是跨越当下新能源产业发展中500 Wh kg-1能量密度瓶颈的新型电池体系。然而目前存在一些技术难点阻碍着锂硫电池的工业化进程,如在充放电过程中硫化学反应产物可溶造成严重的“穿梭效应”;放电产物Li2S2/Li2S的离子迁移速率和导电性差强人意,导致迟缓的动力学过程;负极锂枝晶生长引起容量损失,甚至穿刺隔膜引起短路的安全问题等等。针对以上锂硫电池的关键问题,本论文以对多硫化物具有良好吸附效果和催化作用的钼系材料为基础,以正极与隔膜之间的隔膜修饰层为研究对象,从提高多硫化物吸附位点和改善多硫化物转化的动力学两方面出发,开展了如下工作:制备了s-MoO3/MoO2@C空心管复合材料,并将MoO3/MoO2活性位点颗粒沉积在空心管内外两侧。一方面管壁内外大量颗粒能够暴露更多有效活性位点,并提高了材料整体的锂离子扩散系数,另一方面长径比更短的空心管便于离子进行快速迁移。结果显示s-MoO3/MoO2@C空心管有效提高了锂离子扩散速率,同时多硫化物还原第二平台对应的能垒也降低了51.86%,当载硫量为1.56 mg cm-2,电解液用量比硫单质质量（E/S）为12μL mg-1时,含s-MoO3/MoO2@C空心管隔膜修饰层的锂硫电池的初始放电容量为1191.5 m Ah g-1(0.40 m A cm-2),在10.20 m A cm-2时的比放电容量为488.4 m Ah g-1。在第三章改短三氧化钼的基础上,制备了s-MoO3/Mo Sex颗粒棒复合材料,在增加钼基复合材料的比表面积和有效活性位点的同时,引入低电负性的硒化钼减少了复合材料表面的负电荷,避免了由于MoO3的吸附作用过强导致的过度氧化,减少了不可逆硫酸盐的生成。引入非晶态硒化钼使得多硫化物转化所需活化能降低至6.39 k J·mol-1,有利于加快多硫化物的还原反应。在4.54 mg cm-2载硫量和0.53 m A cm-2电流密度条件下,含s-MoO3/Mo Sex的电池循环60圈后放电容量可达553.1 m Ah·g-1。
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