MoS2@CC作为锂硫电池隔层材料和正极集流体的研究
锂硫(Li-S)电池凭借高能量密度、较低成本和无毒环保等特点，已成为具有巨大发展潜能的新型储能设备之一。然而，电极材料循环中出现的巨大体积变化、硫的低电导率、多硫化锂(LIPS)的溶解和穿梭等一系列问题，制约了Li-S电池的实际应用。为解决上述问题，本文将商业化碳布(CC)作为基体，采用简单的水热法在CC上生长二硫化钼(MoS2)纳米片，得到二硫化钼@碳布(MoS2@CC)复合材料。分别探究了MoS2@CC作为隔层材料以及正极集流体对Li-S电池循环性能的影响。CC具有高导电性和性能稳定的优势，同时其三维网络结构能避免MoS2纳米片的团聚，使MoS2纳米片可以暴露更多的边缘活性位点，进而抑制LIPS的穿梭问题。另外，CC制备技术成熟稳定，更有利于Li-S电池向工业化方向发展。本论文的主要研究内容如下: (1)选用T300CC作为基体，探究在不同水热反应的时间和温度条件下，CC上生长的MoS2纳米片的微观形貌和物相表征，可以得到1T和2H两种晶型的MoS2，且1T和2H型MoS2可以直接通过调节水热反应温度得到，不需要进一步退火处理进行转化。其中金属态的1T型MoS2比半导体态的2H型MoS2导电性更强，1T-MoS2@CC电导率(81.0S/cm)优良并含有更多缺陷结构，因此更有助于传输离子和锚定LIPS。 (2)将MoS2@CC复合材料置于正极和隔膜之间，作为Li-S电池隔层材料，结果显示，在0.2C倍率下，含有1T-MoS2@CC隔层的Li-S电池初始容量为1007.1mAh/g，100次循环后仍有640.3mAh/g;0.5C倍率时循环350次后，容量仍能达到513.0mAh/g，展现出优异的循环寿命和稳定性。此外，通过紫外可见吸收光谱证明了MoS2对LIPS有较强的结合能力，从而更加高效地吸附LIPS。 (3)基于前而的研究工作，将MoS2@CC直接作为Li-S电池的正极集流体，随后将二甲基亚砜混合硫、粘结剂和导电剂得到的活性浆料滴加在MoS2@CC上，得到二硫化钼@碳布-硫(MoS2@CC-S)复合正极。结果显示，1T-MoS2@CC-S在0.2C倍率下，200次循环后，容量仍能维持在834.2mAh/g;在0.5C倍率下，初始容量能达到720.4mAh/g，且在循环450次后仍保持在362.2mAh/g;在高载硫量2.5和4.0mg/cm2条件下，0.1C倍率时100次循环后，容量仍有957.7和632.1mAh/g，具有优良的循环性能。进一步证明了1T-MoS2@CC作为正极集流体能抑制LIPS的溶解和扩散，同时证明了这种新型载硫方法制备正极材料的可行性。
锂硫电池;隔层材料;正极集流体;二硫化钼;碳布;制备工艺;导电性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
隋刚
2020
中文
TM912;TM242
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）