编号：CYYJ03050

篇名：金属氧化物修饰介孔碳基材料在锂硫电池中的应用

作者： 郑李钰

关键词： 锂硫电池; 催化剂; 介孔碳; 多硫化物;

机构： 电子科技大学

摘要： 锂硫电池得益于显著的理论比容量和卓越的能量密度值,硫资源丰富等因素具有成为新型二次电池的潜力。但锂硫电池的“穿梭效应”、电极反应动力学缓慢以及硫及其产物的绝缘性等问题待解决,因此本文通过引入导电性良好的碳纳米管材料,以及对硫及其产物具有吸附性和催化性的过渡金属催化剂作为锂硫电池正极材料。本论文通过调控介孔碳材料上负载的催化剂来提高锂硫电池的性能,研究内容如下: 1.通过软模板和胶束诱导的共组装策略制备了介孔碳层包裹碳纳米管材料,并利用后浸渍法将催化剂VO2负载其中（VO2-m C@CNT）。有序的介孔结构提高了材料的比表面积,增强电解液的浸润性,为硫转化过程当中产生的体积膨胀提供缓冲空间,提升了金属氧化物VO2的分散性。介孔碳层中掺杂的极性氮协同VO2提高材料对于多硫化物的吸附性以及反应动力学。此外,高分散的极性VO2提供了丰富的活性位点,提高硫转化动力学。因此,基于VO2-m C@CNT/S的锂硫电池具有最低的极化以及界面阻抗,同时展示出最高的容量性能和循环稳定性。在0.5C时电池的首圈比容量为1153 mAh g-1,循环100圈后仍具有1018 mAh g-1的容量,展现出88.3%的容量保持率,其库伦效率保持在100%左右。在1 C下电池的初始容量为909 mAh g-1,在循环1000圈后,平均每圈的容量保持率为0.49%。即使在3 C下,其仍能保持约800 mAh g-1的比容量。 2.利用介孔碳层包裹碳纳米管作为载体,通过后浸渍法负载了双金属氧化物Ni O和La2O3催化剂得到Ni O/La2O3-m C@CNT。极性的Ni O/La2O3与极性的多硫化物形成化学键,提高了对多硫化物的吸附性能以及氧化还原反应动力学。La的掺杂提升了Ni的局部电子云密度,促进Ni O的催化性能,提高对多硫化物的催化转化。介孔碳中的氮可以协同Ni O/La2O3促进对正极材料多硫化物的吸附性能,降低可溶性多硫化物的穿梭效应。因此,Ni O/La2O3-m C@CNT/S电池具有最出色的倍率性能和长循环稳定性。Ni O/La2O3-m C@CNT/S的电池在0.5 C下的初始比容量为1113 mAh g-1,100圈的循环后,电池的比容量仍能保持在961 mAh g-1,因此电池展现出87.0%的容量保持率。即使在3 C的高电流密度下,Ni O/La2O3-m C@CNT/S电池的比容量也能达到791 mAh g-1。