本文關鍵詞：基于硫化物改性的鋰硫正極材料的合成及其電化學性能研究　出處：《中國科學技術大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及對能源消耗需求的日益增長,人們迫切需要尋求能夠滿足智能通訊和電動汽車領域需求的高比能量、長循環(huán)壽命的電池系統(tǒng)。鋰硫電池由于具有高理論比容量和高理論能量密度,被認為是最有希望的下一代鋰離子電池。但鋰硫電池的實際生產(chǎn)和應用仍面臨許多阻礙和挑戰(zhàn),對硫基正極材料的改性是提高其電化學性能的主要手段之一。本文首先通過水熱法合成超薄SnS2納米片,再熔融灌硫合成SnS2納米片改性的硫碳復合材料(S/C-SnS2)。我們對該復合物的電化學性能進行系統(tǒng)的研究后發(fā)現(xiàn),超薄SnS2納米片對多硫化物中間產(chǎn)物具有較強的化學吸附能力,且導電性高,比表面積大,吸附位點多,能有效提高鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。同時,我們探究了不同含量的超薄SnS2納米片對電池性能的影響,研究發(fā)現(xiàn)SnS2納米片的添加存在一個最佳比例,可進一步優(yōu)化復合材料的電化學性能。其次,我們通過簡單的水熱法制備CuxS納米顆粒,然后進行石墨烯包覆,合成石墨烯包覆的CuxS納米顆粒復合物,再與硫復合,設計合成CuS納米顆粒改性的硫基正極復合材料(S/CuS@GO),探究CuS納米顆粒對電極材料電化學性能的影響,該復合材料在不同倍率下均具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。本論文的研究內容主要總結為以下兩個方面:1、首先通過水熱法分別制備超薄SnS2納米片和SnS2微米顆粒,超薄SnS2納米片平均尺寸約為30 nm,SnS2微米顆粒直徑約為5 μm。隨后將商業(yè)硫、科琴黑和SnS2混合均勻,在真空管中155℃加熱制備S/C-SnS2復合材料。相較于SnS2微米顆粒,SnS2納米片由于尺寸小,比表面積大,對多硫化物具有較強的吸附能力,能有效改善鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。此外,在S/C-SnS2復合材料中調節(jié)超薄SnS2納米片的質量比為5wt%,10wt%和15wt%,并對復合材料的電化學性能進行系統(tǒng)研究,結果表明含10 wt%SnS2納米片改性的復合材料具有最佳的電化學活性,在0.5 C電流密度下循環(huán)300圈可逆比容量可保持在800 mAh g-1,而在2 C高倍率下循環(huán)700圈仍具有540 mAh g-1的可逆比容量,這是因為超薄SnS2納米片和碳材料發(fā)揮了最佳的協(xié)同作用。2、首先采用水熱法制備CuxS納米顆粒,再進行石墨烯包覆,隨后以該復合物為基質,真空熔融灌入單質硫合成S/CuS@GO復合材料,且硫含量可高達80 wt%。對復合材料的形貌表征發(fā)現(xiàn),CuS納米顆粒均勻嵌在石墨烯中,對其電化學性能研究表明,通過CuS納米顆粒改性的硫基正極材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,該復合材料在0.5 C倍率下循環(huán)350圈,可逆比容量可保持在650 mAh g-1,在1C倍率下循環(huán)500圈,可逆比容量則可維持在600 mAhg-1。這是因為過渡金屬硫化物CuS具有較高的導電性,且納米結構可提供較多的活性位點供多硫化物吸附,有利于充放電過程中氧化還原反應的進行,提高活性物質的利用率,改善硫基正極材料的電化學活性。
[Abstract]:In this paper , we investigated the effect of ultra - thin SnS2 nanosheets on the electrochemical properties of lithium - sulfur batteries .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;TB332

【參考文獻】

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1 黃海平;朱俊杰;;新型碳材料——石墨烯的制備及其在電化學中的應用[J];分析化學;2011年07期

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本文編號：1376318