《介孔碳/硫複合鋰-硫電池正極材料與電化學性能》是依託山東大學，由尹龍衛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：介孔碳/硫複合鋰-硫電池正極材料與電化學性能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：尹龍衛
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
硫作為鋰-硫電池正極材料雖然容量高，但其導電性差、循環性能不穩定，基於三維介孔與微孔碳的孔徑可調、高比表面、導電性好、骨架相連等特點，在封裝硫、改善鋰-硫電池性能等具有獨特的優勢。本項目以介孔與微孔碳作為鋰-硫電池正極固硫的基質材料，以水熱化學方法製備三維有序的多孔結構碳/硫複合材料，實現硫在多孔碳內的尺寸、分布、含量等的控制，以SEM、TEM、XRD、XPS、Raman等研究材料的比表面、孔體積、孔徑、化學鍵合態等微觀結構。以恆流充放電法研究鋰-硫電池的容量、循環穩定性與倍率性能。採用循環伏安與交流阻抗法研究多孔碳/硫複合電極與電解質界面發生的電化學過程與離子的嵌入和脫出機制，探討鋰-硫電池的容量衰減機制及改善循環穩定性和倍率性能的措施,分析電化學反應過程中硫與複合孔結構碳的協同作用、表界面效應等對電池電化學性能的影響規律。建立複合孔結構碳/硫複合材料增強鋰-硫電池性能的機制與理論模型。
結題摘要
硫作為鋰-硫電池正極材料雖然容量高，但其導電性差、循環性能不穩定，基於三維介孔與微孔碳的孔徑可調、高比表面、導電性好、骨架相連等特點，在封裝硫、改善鋰-硫電池性能等具有獨特的優勢。本項目以介孔與微孔碳作為鋰-硫電池正極固硫的基質材料，以水熱化學方法製備三維有序的多孔結構碳/硫複合材料，實現硫在多孔碳內的尺寸、分布、含量等的控制，以SEM、TEM、XRD、XPS、Raman等研究材料的比表面、孔體積、孔徑、化學鍵合態等微觀結構。以恆流充放電法研究鋰-硫電池的容量、循環穩定性與倍率性能。採用循環伏安與交流阻抗法研究多孔碳/硫複合電極與電解質界面發生的電化學過程與離子的嵌入和脫出機制，探討鋰-硫電池的容量衰減機制及改善循環穩定性和倍率性能的措施,分析電化學反應過程中硫與複合孔結構碳的協同作用、表界面效應等對電池電化學性能的影響規律。建立複合孔結構碳/硫複合材料增強鋰-硫電池性能的機制與理論模型。 本項目研究內容基本按照申請書的研究內容進行，在原有研究內容的基礎上做了適當調整。主要取得了以下研究結果： （1）採用SiO2球作為模板，或者採用MOF作為前驅體，合成了一系列孔道結構可調的多孔碳材料進一步可以對對碳材料進行了表面功能化修飾，以及與導電石墨烯或碳納米管複合，確定了組分和結構可調的多孔碳材料材料製備工藝。 （2）通過不同處理工藝，調控制備一系列MOF衍生的碳海綿、氧化物或金屬顆粒與碳材料的複合載體材料，形成了完整的MOF衍生電極材料的製備材料體系。 （3）通過分級孔結構的碳材料的設計製備，揭示了不同孔道結構在載硫固硫中的不同作用，明確了介孔儲硫、微孔固硫的策略的可行性，為物理固硫提供了理論和實驗借鑑。 （4）通過多種表征方法，並結合理論計算，揭示了氧化物、氟化物、有機單寧酸以及金屬顆粒的固硫作用機制，證實了化學鍵合、極性吸附等作用都可以有效的抑制多硫化物的溶解。 （5）揭示了高性能Li-S電池正極的設計製備是多種因素共同作用的結果，製備高性能Li-S電池正極材料需要綜合考慮導電性、載硫和固硫等因素。
