極微孔碳限域硫正極材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰硫電池由于有著高的理論容量(1675mAhg-1)，有望成為新一代高能量密度的儲(chǔ)能系統(tǒng)，有著廣闊的應(yīng)用前景。在鋰離子電池中廣泛應(yīng)用的酯類(lèi)電解液具有較高的沸點(diǎn)，低的成本和高的氧化電壓具有更大的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。然而，硫正極材料與傳統(tǒng)酯類(lèi)電解液并不兼容。因此，發(fā)展兼容傳統(tǒng)酯類(lèi)電解液的硫正極材料的研究就顯得尤為重要。本論文立足于建立自活化、無(wú)活化體系，低成本、簡(jiǎn)單、可控的一步合成方法制備極微孔碳，完成了對(duì)于微孔碳特定孔徑(d＜0.7nm)的調(diào)控

2、，作為載體實(shí)現(xiàn)了硫正極材料在酯類(lèi)鋰硫、酯類(lèi)鈉硫的應(yīng)用。同時(shí)我們研究了不同限域硫正極材料在酯類(lèi)、醚類(lèi)電解液體系中的電化學(xué)行為，實(shí)現(xiàn)了酯類(lèi)電解液中Ge-S電池的應(yīng)用，為酯類(lèi)電解液兼容的硫正極材料提供了解決思路和發(fā)展目標(biāo)。此外，我們實(shí)現(xiàn)了亞穩(wěn)相γ-硫的合成以及γ-硫在酯類(lèi)、醚類(lèi)電解液中電化學(xué)行為的探究。
　　具體內(nèi)容如下:
　　1.建立簡(jiǎn)單高效的自活化合成體系，原位一步碳化酒石酸堿鹽法合成微孔碳，通過(guò)對(duì)堿金屬配合物前驅(qū)源的優(yōu)化選擇

3、和過(guò)程分析，實(shí)現(xiàn)了微孔碳結(jié)構(gòu)(0-2nm)的選擇性調(diào)控合成，并進(jìn)一步揭示極微孔比例與酯類(lèi)鋰硫電池性能之間的關(guān)系。在酯類(lèi)電解液中，碳硫復(fù)合物在電流密度為1C的情況下，循環(huán)600圈后仍維持616.3mAhg-1的放電容量。闡明了酯類(lèi)鋰硫窄化亞納米限域的思路，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)性能的提升。
　　2.發(fā)展了無(wú)活化策略制備極微孔碳，一步碳化聚合物PVDF的方法，快速、便捷、有效地制備出極微孔碳。相比于傳統(tǒng)活化的方法具有無(wú)需活化劑、操作步驟少，高溫

4、處理腐蝕性小、孔容大，比表面大，亞納米孔徑范圍窄等特點(diǎn)，在電流密度2C的倍率下，500圈循環(huán)以后仍然保持了508mAhg-1的容量，與初始容量相比保持了81.2％。該策略的提出不僅滿足了合適載體的要求（窄的孔徑和大的孔體積），而且可以推廣到其他金屬-硫電池，使其電化學(xué)性能得到提升。
　　3.系統(tǒng)地研究了不同限域硫電極材料分別在酯類(lèi)、醚類(lèi)電解液中的電化學(xué)行為，囊括了現(xiàn)有所有體系的鋰硫電池電化學(xué)平臺(tái)，提出了表面處理對(duì)電化學(xué)行為的重要性

5、，為以后合成兼容酯類(lèi)電解液的硫電極材料提供了有益的參考。同時(shí)，我們組裝了在酯類(lèi)電解液中Ge-S的全電池，在1C的電流密度下，Ge-S電池在100次循環(huán)后，可逆容量仍然穩(wěn)定在418mAhg-1，并且?guī)靵鲂史€(wěn)定在100％，為進(jìn)一步制備高能量密度的全電池做了大膽的嘗試。
　　4.從物相的角度出發(fā)，提出了一種合成γ相的硫的新方法，首次揭示了亞穩(wěn)γ相硫在酯類(lèi)、醚類(lèi)電解液中的電化學(xué)行為，研究發(fā)現(xiàn)單斜相的硫并不能產(chǎn)生單平臺(tái)的電化學(xué)行為，并且在