【摘 要】
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锂电池作为一种既可以储存电能也能稳定地将电能输出的储能装置,受到了科研人员的青睐。其中,锂硫电池因其具有能量密度和理论比容量高（分别为2600Wh/kg和1675 m Ah/g）,硫单质储量丰富、成本低廉、环境友好等特点,被认为是极具发展前景的二次电池。然而,锂硫电池仍然存在如硫和其最终反应产物Li2S的电导率低、充放电过程中硫的体积膨胀/收缩达80%、“穿梭效应”等问题,导致锂硫电池在充放电过程
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锂电池作为一种既可以储存电能也能稳定地将电能输出的储能装置,受到了科研人员的青睐。其中,锂硫电池因其具有能量密度和理论比容量高（分别为2600Wh/kg和1675 m Ah/g）,硫单质储量丰富、成本低廉、环境友好等特点,被认为是极具发展前景的二次电池。然而,锂硫电池仍然存在如硫和其最终反应产物Li2S的电导率低、充放电过程中硫的体积膨胀/收缩达80%、“穿梭效应”等问题,导致锂硫电池在充放电过程中,活性物质的利用率和库伦效率不断下降、其容量也快速衰减。因此,如何有效解决锂硫电池仍然存在的问题是其规模化生产、应用的关键。过渡金属硫化物所具有的良好的催化活性可以显著地加快多硫化物的转换速率,能够增加氧化还原反应动力学;过渡金属氧化物对有多硫化物具有强的吸附作用可以抑制“穿梭效应”,增加活性物质的利用率;二者形成的p-n异质界面可以加速电子的传输速率。本文将过渡金属氧化物和过渡金属硫化物用于对锂硫电池阴极材料改性,主要研究内容如下:1.制备CNTs-MoS2/SnO2 p-n异质结复合材料并将其用于对锂硫电池阴极改性的研究,研究表明:相较于CNTs/MoS2和CNTs/SnO2复合材料,CNTs-MoS2/SnO2p-n异质结复合材料作为锂硫电池阴极,在0.1 C下的初始放电比容量达到了1369.9 m Ah/g,远高于CNTs/MoS2和CNTs/SnO2复合材料的初始放电比容量890m Ah/g和807 m Ah/g,并且在0.2 C下经150次循环后,还能保持970.6 m Ah/g的放电比容量,且库伦效率达到96%以上。2.合成CNTs-MoS2/CeO2 p-n异质结复合材料,研究其对锂硫电池性能的影响,研究表明:得益于MoS2和CeO2的相互协同作用,CNTs-MoS2/CeO2/S阴极材料在电流密度为0.1 C下的首圈放电比容量可达1373.4 m Ah/g,在电流密度为0.2 C下,循环200圈后,还能保持934 m Ah/g的放电比容量,并且库伦效率可达99%以上,其倍率性能也得到了极大地提高,尤其是在1 C、2 C的高倍率下,阴极材料仍保持956.8 m Ah/g和717 m Ah/g的放电比容量。
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