碳基材料的制備及其在鋰硫電池中的應用.pdf

1、鋰硫電池得益于高達1675mAhg-1的理論比容量和2600Wh kg1的能量密度，已成為當今較有前景的研究熱點。除此以外，天然的硫的含量豐富、無毒性環(huán)境友好并且價格低廉等優(yōu)勢，使Li-S電池具有超廣闊的應用前景，成為當今電化學儲能方面的研究熱點。但是自身差的導電性以及穿梭效應嚴重影響了Li-S電池發(fā)展。碳基材料得益于自身高的導電性和納米結(jié)構(gòu)的多樣性使得其在鋰硫電池的應用上備受關注。
　　本文以發(fā)展高穩(wěn)定性硫正極為目的，設計制備了

2、廉價綠色且具有雜原子摻雜的衍生碳材料作為硫的載體，有效地抑制了穿梭效應，改善鋰硫電池的電化學性能。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　設計制備了一種類珊瑚狀、氮氧共摻雜的高比表面的多級孔碳材料，作為硫的載體，提高硫正極的循環(huán)穩(wěn)定性能。該類多級孔碳材料采用滸苔作為原料，通過水熱碳化，再用氫氧化鉀輔助活化制得。該原料屬于海洋廢棄污染物，來源廣泛，制備方法簡單，變廢為寶，經(jīng)濟環(huán)保。其中，CNHPC700G在電流密度為0.1 C的條件下，初始

3、的放電比容量為1555mAhg-1（占理論比容量的93％），在電流密度為0.5 C時，循環(huán)500個周期后，庫倫效率一直穩(wěn)定在100％左右，平均每圈容量衰減率是0.05％。在該碳硫復合材料中，因碳自身獨特的孔結(jié)構(gòu)，對活性物質(zhì)硫有物理限域，再有其自身豐富的氮氧共摻雜，不但提高了碳基體材料的電子電導，而且對多硫離子有一定的吸附能力，有效抑制了穿梭效應，從而獲得了穩(wěn)定的電化學活性。
　　設計制備了一種類銀耳狀、高氮氧氟共摻雜的高比表面的微

4、孔碳材料，作為硫的載體，增強硫正極的循環(huán)穩(wěn)定性。該類微孔碳材料選用四害之一蒼蠅的幼蟲作為原料，通過碳化、活化制得，為優(yōu)化實驗過程，對樣品活化、酸洗過程進行改良，簡化了實驗流程，提高了樣品純度。該原料豐富、合成路線綠色合理。其中，TNMC300/40％S在經(jīng)過100圈循環(huán)后，其放電比容量依然可達851.2mAh g-1。且所有TNMCs在不同電流密度下，都得到接近100％的庫倫效率，平均每圈容量衰減率都低于0.25％。其優(yōu)異的電化學性能歸