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，本文中的合成方法簡單，原料價格低廉，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方面:
　　1.采用了一種簡單可行的“熔融-擴散-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，借助于理論計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)報道結(jié)果進(jìn)行了比較，初步預(yù)測出兩個復(fù)合材料中電化學(xué)性能較好的一個。此外，從實驗角度出發(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。