锂-硫（锂-硒）电池正极材料的合成及其电化学性能研究

摘要

电动汽车和便携式电子产品的快速发展对移动电源的需求不断增长，促使人们在开发高性能电化学储能设备方面进行了广泛的研究。目前，锂离子电池(LIB)石墨负极正在接近其理论容量极限，无法满足未来便携式电子设备和大规模储能系统对能量密度不断增长的需求。锂金属电池由于超高的比容量和锂负极极低的电极电势，被认为是最有可能取代锂离子电池的一种储能器件。因此，这种“超越LIB”的下一代电池(例如锂-硫(Li-S)和锂-硒(Li-Se))已经成为一种非常有吸引力的储能设备。然而，Li-S和Li-Se电池正极严重的穿梭效应、不良的导电性等问题阻碍了他们的进一步发展。因此，开发先进的锂金属电池正极材料对于满足蓬勃发展的电源市场的需求具有重要意义。本论文合成了新型的锂金属电池正极材料，并对使用这些正极的锂金属电池进行了系统的电化学研究，主要研究内容如下两点：　　(1)在第2章中，我们合成CsPbBr3钙钛矿纳米颗粒(PrNP)作为吸附剂来固定多硫化锂(LiPSs)。将合成的CsPbBr3钙钛矿纳米颗粒和硫碳活性材料一同涂覆于集流体上作为Li-S电池正极。该Li-S电池表现出了良好的电化学性能。在电流密度0.2C时，经过200次循环后还保持着525.3mAhg-1的比容量,平均衰减率为0.23%。在电流密度高达1C时，经过400次循环后还保持着334.2mAhg-1的比容量。相比于无CrPbBr3钙钛矿纳米颗粒吸附剂的硫电极来说，电化学性能具有很大的提升。　　(2)在第3章中，我们设计了一种共价硒嵌入氮掺杂的多级多孔碳纳米纤维材料(CSe@HNCNFs)用于超高面容量锂-硒电池，表现出了良好的电化学性能。当质量负载量为1.87mgcm-2时，此锂-硒电池在经过2500次循环后还保持了762mAhg-1的高比容量，几乎没有容量衰减。此外，当质量负载量增加到37.31mgcm-2时，可以获得7.30mAhcm-2的超高面容量，大大超过了先前报道的锂-硒电池面容量。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1引言

1.2.1锂-硫电池简介

1.2.2锂-硫电池原理

1.2.3锂-硫电池正极材料

1.3锂-硒电池研究概况

1.3.1锂-硒电池简介

1.3.2锂-硒电池原理

1.3.3锂-硒电池正极材料

1.4锂-氧电池研究概况

1.4.1锂-氧电池简介

1.4.2锂-氧电池原理

1.3.3锂-氧电池正极材料

1.5本文的选题思想及内容

第 2 章 钙钛矿吸附剂促进锂-硫电池稳定性的研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验仪器

2.2.3金属有机框架（ ZIF-8）的合成

2.2.4 ZIF-8 的碳化

2.2.5 S 复合材料的合成

2.2.6 CsPbBr3钙钛矿纳米颗粒的合成

2.2.7 电化学性能测试

2.2.8 材料表征

2.3结果与讨论

2.3.1 PrNP 的结构与组成分析

2.3.2 S/C-ZIF-8 复合材料的结构与组成分析

2.3.3 S/C-ZIF-8/PrNP 电极的电化学性能研究

2.4小结

第 3 章 共价硒嵌入多级多孔碳纳米纤维提高锂-硒电池面容量的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器

3.2.3 预氧化 PAN/PMMA 纳米纤维布的制备

3.2.4 CSe@HNCNFs 复合材料的制备

3.2.5 Li-Se 电池组装及电化学性能测试

3.2.6材料表征

3.3结果与讨论

3.3.1 CSe@HNCNFs 复合材料的制备原理

3.3.2 CSe@HNCNFs 复合材料的结构与组成研究

3.3.3 CSe@HNCNFs 电极的电化学性能研究

3.4小结

结 论

参考文献

附录A攻读硕士学位期间的成果

致 谢