摘要
锂硫电池由于其高能量密度和经济环保的特性，被视为最有前途的下一代储能系统之一。但是，锂硫电池的商业化应用仍存在一些缺点，主要包括:（1）单质硫（S）和硫化锂（Li2S）的电子绝缘性;（2）充放电前后S及其放电产物体积变化大;（3）多硫化锂的穿梭效应以及Li2S2/Li2S之间缓慢的氧化还原转化动力学;（4）锂金属负极的枝晶生长。以上缺点导致了硫活性物质利用率低和容量的不可逆衰减，甚至可能导致锂硫电池出现安全问题。为了解决这些问题，本文以过渡金属硒化物为研究对象，设计并制备了不同结构的双金属硒化物作为锂硫电池的隔膜修饰层材料。它们不仅具有高导电和导离子特性，而且对多硫化锂兼具强化学吸附和高催化活性，有效提高了硫活性物质的利用率，从而表现出优异的倍率性能和循环稳定性。本论文的主要研究内容如下: （1）制备了一种Co-Ni双金属硒化物纳米颗粒嵌入蜂窝状多孔碳（Co-Ni-Se@C）的复合材料，并将其作为锂硫电池的多功能隔膜修饰层。其中，多孔蜂窝状碳框架有利于锂离子（Li+）和电子的快速传输，硒化后的Co-Ni-Se@C纳米颗粒表面获得更多的活性吸附位点，有助于缓解多硫化锂的穿梭效应，并且Co-Ni-Se@C能够降低多硫化锂的反应能垒，从而促进其转化动力学。此外，Co-Ni-Se@C修饰层可以作为二次集流体重新激活失去活性的多硫化锂使其继续参与到接下来的氧化还原反应中，提高了硫活性物质的利用率。以Co-Ni-Se@C-PP为隔膜装配的锂硫电池表现出了优异的电化学性能，在0.2C电流密度下的初始放电容量为1245mAhg-1;在1.0C下循环400圈后容量保持率为76.5％，单圈平均容量衰减率为0.066％;在5.0C的电流密度下放电容量高达674mAhg-1。 （2）利用铁钴普鲁士蓝类似物作为前驱体，通过包覆聚多巴胺和硒化工艺合成了嵌入立方碳框架的铁钴双金属硒化物（Fe-Co-Se@C）。在Fe-Co-Se@C中，聚多巴胺经过碳化后形成的碳包覆层有利于提升修饰层的导电性，同时为Li+扩散提供了快速通路，经过硒化处理后的Fe-Co硒化物颗粒增加了多硫化锂的活性吸附位点，并且促进其氧化还原动力学。将Fe-Co-Se@C复合材料作为隔膜修饰层材料应用在锂硫电池后，得到了明显提高的循环稳定性和倍率性能。在0.2C下获得了1205mAhg-1的初始比容量;在1.0C下拥有997mAhg-1的高初始放电容量并在循环400圈后保持759mAhg-1容量，单圈平均衰减率仅为0.068％;在5.0C的电流密度下仍然能够提供660mAhg-1的放电比容量。
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