新型鋰硫電池正極載硫材料的研究.pdf

1、作為地球上儲(chǔ)量豐富且理論能量密度較高的元素之一，硫在能量儲(chǔ)存尤其是在鋰硫電池的研究應(yīng)用中有著十分重要的作用。然而，由于多硫化物的“穿梭效應(yīng)”、硫在充放電過程中的體積膨脹及單質(zhì)硫的導(dǎo)電性差等原因使鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)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(diǎn)。本論文以金屬有機(jī)框架與還原氧化石墨的復(fù)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(jī)框架及金屬氟化物中在鋰硫電池中的應(yīng)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(fù)合物。本論文首次將這兩種材料負(fù)載硫用作鋰硫電池正極材料并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。金屬有機(jī)框架MIL-100(V)獨(dú)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(chǔ)，而V3+和V4+兩種價(jià)態(tài)同時(shí)存在的金屬釩

3、離子對多硫化物的溶解起到了更強(qiáng)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(kuò)散通道，從而進(jìn)一步提高了材料的電子導(dǎo)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(gè)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(shí)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(fù)載硫研究