摘要
社会的发展离不开能源的供应，传统能源的消耗与利用已经接近瓶颈，可再生能源的利用与存储成为当今研究的热点。目前最成功的当属锂离子电池，锂离子电池由于它具有稳定的容量，以及较长的循环寿命在生活中有着广泛的应用。但是，人们仍要追求更高的能量密度，以满足人类社会的飞速发展。其中锂硫电池由于其具有较高的能量密度，并且仍属于锂离子电池体系下，从而受到人们越来越多的关注。截至目前，锂硫电池的容量已接近理论容量值，但由于穿梭效应的存在严重影响着电池的寿命，从而制约了锂硫电池的商业化。 目前改善穿梭效应主要有以下三种方法：物理限域、化学吸附和催化转化。本文从催化转化的角度出发，设计了一种硒化钴催化剂负载在碳布的结构作为锂硫电池中间层。硒化物作为氧化物与硫化物的同主族元素，有着相似的晶体结构和极性特征，对硫和硫化物具有亲和力，促进了多硫化物的转化动力学。我们选用了在电池中表现优秀的过渡金属Co元素作为金属化合物，该复合材料实现了导电性与催化性合二为一，有效降低了电池反应中的穿梭效应。本文的主要研究内容如下： （1）以碳布（CC）为原材料，浓硝酸（HNO3）为氧化剂，采用水热法成功预处理了原始碳布得到改性碳布（CCO）。经过扫描测试发现CCO较CC纤维有着更为丰富的孔洞和三维结构，并且无序化与缺陷程度更高。因此同样作为中间层，CCO具有更快的离子传输速率和更小的内阻，导致CCO较CC有着更好的循环容量。 （2）在改性碳布表面覆盖一层硒化钴纳米片，表征结果显示在碳布表面均匀覆盖了一层直径为60nm的硒化钴纳米片。采用S/KB作为锂硫电池的正极，将硒化钴包覆碳布作为正极侧的中间层，与仅用碳布中间层和不用中间层的电池对比，电池的循环性能、倍率性能以及电化学阻抗都得到了明显的提升。改进后的电池在0.1C下初始容量为1380mAhg?1，循环200圈后容量仍保持在1100mAhg?1，即使是在1C的大电流密度下，循环500圈后容量依然保持在596mAhg?1，每圈的衰减率为0.06%。后续进行多硫化物的吸附测试以及沉积实验，证明硒化钴碳布复合材料确实能增强多硫化物的反应动力学，有效抑制了电池反应中的穿梭问题，从而提升了锂硫电池的电化学性能。
NETL