氧化物修飾和氮摻雜生物基碳材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、鋰硫電池因?yàn)榫哂斜热萘扛?、能量密度大、資源豐富和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而受到了研究者們的廣泛關(guān)注。但是，硫正極也面臨著許多問題，比如硫的導(dǎo)電性較差，“穿梭效應(yīng)”，多硫化鋰的沉積不可控，硫的體積效應(yīng)較為嚴(yán)重等。這些問題導(dǎo)致了鋰硫電池在實(shí)際使用中容量衰減明顯，庫倫效率低下。為了解決這些問題，本文從材料的微觀結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合表面修飾和元素?fù)诫s等手段，分別以木棉纖維和雞蛋清為碳源和模板，合成了鋁摻雜氧化鋅/碳復(fù)合材料(AZO@C)和摻氮生物多孔碳兩種改

2、性碳材料，并對(duì)其進(jìn)行了相組成、形貌和微觀結(jié)構(gòu)表征，以及電化學(xué)性能測試。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在第三章中，以木棉纖維為模板和碳源，合成了AZO@C復(fù)合材料，并用XRD、XPS、SEM和TEM等手段對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和形貌表征。結(jié)果顯示，煅燒研磨后的木棉基底為微米片狀結(jié)構(gòu)，其表面上修飾有15nm到30nm的AZO納米顆粒，并且具有良好的結(jié)晶性。
　　(2)在第四章中，將AZO@C等復(fù)合材料與單質(zhì)硫混合制備了硫正極。電化學(xué)測試

3、結(jié)果表明，AZO@C/S電極展現(xiàn)出了優(yōu)于ZnO@C/S和Al2O3@C/S電極的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為0.1C時(shí)， AZO@C/S電極在100次循環(huán)之后依然保持著927 mAh g-1的可逆容量;當(dāng)電流密度增至0.5C時(shí)，300次循環(huán)后其放電容量依然可以保持在544 mAh g-1，換算成每圈循環(huán)的容量損失率為0.039％。即使在硫載量達(dá)到6.69 mg cm-2時(shí)，電池在0.5C循環(huán)100次后仍有466 mAh g-1的容量。如此優(yōu)

4、異的電化學(xué)性能主要?dú)w因于極性的AZO顆粒具有較高的導(dǎo)電性，它能有效地抑制“穿梭效應(yīng)”并為多硫化鋰的轉(zhuǎn)變提供反應(yīng)動(dòng)力。
　　(3)在第五章中，以雞蛋清同時(shí)作為碳源和氮源，制備了氮摻雜的多孔碳材料。SEM、BET等結(jié)果表明該碳材料具有良好的多孔結(jié)構(gòu)。與硫復(fù)合制成硫電極后，復(fù)合材料展現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能:以硫脲為外加氮源制備的N-C/S電極在0.1C電流密度下循環(huán)200次后依然有近700 mAh g-1的可逆容量，容量保持率為84％，