金屬硫化物在鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用.pdf

1、本文基于目前鋰硫電池正極材料所存在的不足出發(fā)，發(fā)展了將金屬硫化物應(yīng)用到鋰硫電池正極材料的方法。一方面，采用簡單的方法構(gòu)筑了金屬硫化物和硫的納米復(fù)合材料。另一方面，探究了其在鋰硫電池上的電化學(xué)性能及其化學(xué)原理。與此同時(shí)，本文中的合成方法簡單，原料價(jià)格低廉，這為進(jìn)一步地發(fā)展鋰硫電池提供了新的思考方向及路線。具體而言，本論文的研究內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)方面:
　　1.采用了一種簡單可行的“熔融-擴(kuò)散-反應(yīng)”方法，成功構(gòu)筑了具有納米結(jié)構(gòu)的復(fù)

2、合材料S/NiS2-C。在該結(jié)構(gòu)中，NiS2納米顆粒均勻地被固定在碳骨架上，而硫則附著在由NiS2和C形成的結(jié)構(gòu)當(dāng)中。由于復(fù)合材料的制備過程與NiS2的形成過程是同時(shí)進(jìn)行的，因此各組分的分布更為均勻。在此復(fù)合材料中，NiS2扮演著不同的角色。一方面，NiS2由于其化學(xué)極性能夠給同樣具有極性的多硫化物中間體提供強(qiáng)大的吸附作用，從而使得鋰硫電池循環(huán)過程中的多硫化物中間體能夠更好地被固定在電池正極附近，進(jìn)而提升其循環(huán)性能;另一方面，由于黃鐵礦

3、型化合物對于多硫化物的轉(zhuǎn)化具有較好的催化活性，因此NiS2能夠促進(jìn)多硫化物的轉(zhuǎn)化，從而提升電池的倍率性能。此外，本文對NiS2和多硫化物(Li2S4)之間的吸附作用進(jìn)行了理論計(jì)算，獲得了二者之間的吸附作用。最后，電化學(xué)性能測試顯示S/NiS2-C電極在0.5C下經(jīng)過200圈充放電后能保持730mAhg-1的比容量，在2C的電流密度下經(jīng)過500個(gè)圈后能保持544mAhg-1的比容量。
　　2.由金屬錫粉、硫粉和多孔碳材料出發(fā)，分別采

4、用鹽焗法和真空封管法制備了SnO2/S/C和SnS2/S/C復(fù)合材料。在各自結(jié)構(gòu)中，SnO2或SnS2都能利用其化學(xué)極性對鋰硫電池充放電過程中的極性中間體多硫化物提供較強(qiáng)的化學(xué)吸附作用，而多孔碳則能提供物理吸附作用并且提供材料的導(dǎo)電性。與此同時(shí)，借助于理論計(jì)算的方法分別獲得了SnO2和SnS2對于多硫化物的吸附作用大小，并通過與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果進(jìn)行了比較，初步預(yù)測出兩個(gè)復(fù)合材料中電化學(xué)性能較好的一個(gè)。此外，從實(shí)驗(yàn)角度出發(fā)，進(jìn)一步對比了SnO

5、2/S/C電極和SnS2/S/C電極在小電流密度下的電化學(xué)循環(huán)性能。其中，在0.5C下300圈后硫含量為78％的SnS2/S/C電極，比容量仍然能夠保持780mAh g-1，并測試了SnS2/S/C電極在不同電流密度下的電化學(xué)性能。最后，為了進(jìn)一步將本部分的材料推廣，通過與經(jīng)過預(yù)鋰化處理后的Ge-C負(fù)極匹配，成功組裝了SnS2/S/C-Ge/C全電池，且其具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在0.5C下50圈后，比容量仍能夠保持613mAh g-1。