新型鋰硫電池正極載硫材料的研究.pdf

1、作為地球上儲量豐富且理論能量密度較高的元素之一，硫在能量儲存尤其是在鋰硫電池的研究應用中有著十分重要的作用。然而，由于多硫化物的“穿梭效應”、硫在充放電過程中的體積膨脹及單質(zhì)硫的導電性差等原因使鋰硫電池的商業(yè)化應用至今面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)新型的鋰硫電池正極材料改善鋰硫電池性能已成為研究的重點。本論文以金屬有機框架與還原氧化石墨的復合物(MIL-100(V)/rGO）和以牛蒡根莖為金屬來源的均勻分散的金屬氟化物(CaF2和MgF2

2、)兩種新型原料為對象，研究金屬有機框架及金屬氟化物中在鋰硫電池中的應用。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)用水熱的方法制備介孔MIL-100(V)，并創(chuàng)新性地在水熱合成過程中引入氧化石墨烯，成功合成了MIL-100(V)/rGO復合物。本論文首次將這兩種材料負載硫用作鋰硫電池正極材料并對其電化學性能進行了研究。金屬有機框架MIL-100(V)獨特的介孔結(jié)構(gòu)以及較大的比表面積為硫的載入提供了基礎，而V3+和V4+兩種價態(tài)同時存在的金屬釩

3、離子對多硫化物的溶解起到了更強的抑制作用。此外，還原氧化石墨烯(rGO)的引入有效地緩沖了充放電過程中硫的體積變化，提供了快速的鋰離子擴散通道，從而進一步提高了材料的電子導電性。
　　(2)以牛蒡根莖為原料，經(jīng)過空氣中的高溫煅燒和氫氟酸溶液浸泡兩個過程，將牛蒡根莖中含量豐富的Ca、Mg元素提取出來，生成鈣、鎂均勻分散的且具有介孔結(jié)構(gòu)的CaF2和MgF2混合物(CMF)，首次實現(xiàn)了以生物質(zhì)為原料來制備金屬氟化物并將這種材料負載硫研究