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多孔兰尼镍作单质硫载体的锂硫电池性能

更新时间:2016-07-05

锂硫电池具有较高理论比容量(1 675 mAh/g),与锂封装成锂硫电池后理论比能量为2 600 Wh/kg[1],是目前商业锂离子电池理论能量密度的5倍以上。此外,S储量丰富,S电极本身及反应过程都不会产生有害物质,因此成为新一代储能装置的研究热点。尽管锂硫电池相对于锂离子电池有诸多优势,但是也存在一些制约其实际应用的问题,例如活性物质利用率低、循环性能差、寿命周期短等问题,具体表现在S的绝缘性、多S化物中间产物的穿梭效应、S电极的体积膨胀及Li负极的枝晶生成问题[2]

由于S的绝缘性,通常会将单质S负载在导电碳材料上。但是碳材料与单质S的结合只是物理吸附,在循环过程中会由于多S化物的穿梭效应造成活性物质损失[3-5]。目前对S电极改进方面,有两个突出的改进思路:一方面是寻找非碳的S负载材料[6-7]。Zhao等[7]采用液相沉积的方式将单质S沉积在泡沫Ni上,S能够以纳米级(2 nm)的方式沉积下来,利用泡沫Ni的导电性提升S电极的电化学性能;另一方面是通过在C载体中加入一些添加剂[8-11],例如Ni等,金属Ni添加剂不仅能增强电子传输速率,而且能与多S化合物之间产生化学吸附,从而减少活性物质的损失[12]

表1 S/RNi和S/C复合材料的载体S含量和制备方法 Table 1 Immobilizermass fraction of sulfur and preparation method of S/RNi and S/C composites

NameImmobilizerMass fraction of sulfur/wt%Preparation methodS/RNi-LVRaney Ni40Solvent methodS/RNi-HGRaney Ni40Grinding high temperature methodS/RNi-HBRaney Ni40Ball milling high temperature methodS/C-40C40Solvent methodS/C-50C50Solvent methodS/C-60C60Solvent method

本文中提出一种新的载S材料——兰尼镍(RNi)。RNi是一种由Ni和Al形成的合金催化剂,其为海绵状多孔结构。采用多孔C材料作为S载体材料时,通常选用溶剂法[13-15]、研磨高温法(弱机械混合高温)[5,16]和球磨高温法(强机械混合高温)[4,17]制备S/C复合材料,S/C复合材料在不同制备方法下表现出不同的电化学性能。因此,本文探究了RNi作为单质S载体在这三种制备方法下的电化学性能,结果表明,S/RNi复合材料在溶剂法下制备的电化学性能最好。溶剂法有利于S在RNi载体中的均匀分布,S渗透进RNi的孔结构中,与RNi充分接触,RNi的导电性和对单质S的物理和化学吸附可提升材料的电化学性能。

经过几个月的生产实践,通过以上一系列措施,在电解锌厂新液含Cu2+波动不大,基本在0.4 mg/L左右的条件下,阴极锌含Cu均小于0.001%,阴极锌含Cu最好水平为0.000 39%,平均水平为0.000 50%,完全满足生产高标准阴极锌的要求。

1 实验材料及方法

1.1 含S复合材料的制备

1.1.1 RNi的预处理

将商业兰尼Ni(RNi,粒径为50 μm)用20wt%的NaOH溶液浸泡,在50℃水浴锅中机械搅拌反应24 h,然后用蒸馏水洗涤至pH值为7,超声20 min,得到预处理后的RNi。

本研究观察了丹溪痛风胶囊对CIA模型大鼠关节及滑膜的病理改善及血清TNF-α和IL-6水平的影响,实验结果显示:丹溪痛风胶囊能明显改善关节滑膜的病理损伤程度;同时能够明显降低血清中TNF-α和IL-6的水平。表明丹溪痛风胶囊能通过下调血清中TNF-α和IL-6的水平,延缓或阻断机体的炎症级联反应,从而对类风湿性关节炎起到治疗的作用。

1.1.2 S/RNi复合材料的溶剂法制备

称取一定量的升华S,溶于50 mL四氢呋喃,磁力搅拌至完全溶解。称取预处理后的RNi(S与RNi的质量比为2∶3),加入到S的四氢呋喃溶液中,超声1 h,静置2 h后于旋转蒸发仪(真空度为-0.06 MPa,温度为30℃)上除去四氢呋喃,得到样品,标记为S/RNi-LV。

1.1.3 S/RNi复合材料的研磨高温法制备

以2∶3的质量比称取升华S和预处理后的RNi,于玛瑙研钵研磨30 min。将混合好的样品在N2氛围的保护下于155℃保温10 h,冷却后得到样品,标记为S/RNi-HG。

1.1.4 S/RNi复合材料的球磨高温法制备

采用日立公司的S-4800型场发射扫描电子显微镜对材料形貌进行分析,加速电压为5 kV。采用德国的布鲁克AXS有限公司的D8-Focus型X射线衍射仪进行材料结构分析,靶材:CKα,工作电压为40 kV,电流为100 mA,衍射角范围为10°~80°,扫描速率为8°/min。采用德国NETZSCH公司生产的TG209型热重分析仪对正极S/RNi复合材料中的S含量进行分析,温度范围为室温~700℃,升温速率为10℃/min。采用美国Perkin Elmer公司生产的PHI 1600型X-射线光电子能谱仪对材料表面的元素组成和价态进行分析。

1.1.5 S/C复合材料的溶剂法制备

图10为S/RNi-LV、S/C-60、S/C-50和S/C-40复合材料的循环性能图。可知,S/RNi-LV、S/C-60、S/C-50和S/C-40复合电极的载S量分别为1.24、1.57、1.38和1.01 mg/cm-2。在0.5 C电流密度下的首次放电比容量分别为1 479、917、1 391 和1 410 mAh/g,循环200次后放电比容量分别为765、357、440和512 mAh/g。由此可见,尽管S/RNi-LV复合材料中S含量略低,但是以0.5 C的电流密度循环200次后,S/RNi-LV复合材料的放电比容量依旧高于传统S/C-60、S/C-50和S/C-40复合材料。

采用Land CT-2001A电池测试系统于25℃恒温箱中进行测试,测试电压范围为1.5~3.0 V。采用兰力科公司LK3200型电化学工作站,测试温度为25℃,电压范围为1.5~3.0 V,扫描速率为0.1 mV/s。采用德国Zahner公司IM6e型电化学工作站对阻抗进行测试,测试电压为3.0 V,测试频率范围为1~0.01 MHz,振幅为5 mV。阻抗图谱利用Zview拟合软件进行分析。

秀容月明气得肺都炸了,挥拳冲向丛时敏。可他服了“软骨头”,没打几下就药性发作,只能任由丛时敏把自己打翻在地,再在他脖子上套上铁枷,手脚上锁了铁链。

荷叶是我国分布广泛的一种睡莲属莲叶片,同时也是一种重要的药食两用植物资源。每年因生产荷丹片、莲子而弃用荷叶的综合利用具有巨大的经济价值。采用微生物发酵荷叶提高其拮抗致病菌、抗氧化性,可为进一步开发降脂减肥产品积累技术基础。本文研究表明,WEFA23作为益生性的乳酸菌,在荷叶发酵以及产品深加工方面具有潜在的应用前景。

1.2 S/RNi复合材料的物理性能测试

以2∶3的质量比称取升华S和预处理后的RNi置于球磨罐,乙醇为分散剂,以300 r/min转速球磨10 h,离心干燥后,在N2氛围保护下于155℃保温10 h,冷却后得到样品,标记为S/RNi-HB。

1.3 含S复合材料的电化学性能测试

1.3.1 极片的制备与组装

数学应该是每个学生都十分头疼的学科之一,再加上很多学生不良的学习习惯,更使得学习数学之路变得艰难无比。尤其是人手一本的错题本,常常流于形式,存在以下几个误区:

1.3.2 电化学性能测试

S/RNi和S/C复合材料的名称、载体、S含量及制备方法如表1所示。

2 结果与讨论

图6为不同方法制备的S/RNi复合电极的前3次循环伏安(CV)曲线。可以看出,CV曲线由两个还原峰和一个重叠的氧化峰组成。S/RNi-LV(2.34 V和2.05 V)、S/RNi-HG(2.32 V和2.03 V)和S/RNi-HB(2.31 V和2.01 V)复合电极的还原峰位置依次向低电位偏移,而氧化峰位置逐渐向高电位偏移(分别为2.37 V、2.47 V和2.49 V),这说明S/RNi-LV复合电极的可逆性最好,极化程度较弱,S/RNi-HG复合电极的可逆性次之,S/RNi-HB复合电极可逆性最差,电池发生了严重的极化。比较三种复合电极的氧化还原峰面积,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB复合电极的氧化还原峰面积依次递减,说明比容量依次递减。

图2为不同方法制备的S/RNi复合材料的XRD图谱。可知,RNi在2θ=45°、53°和77°附近出现的尖锐峰代表金属Ni的结晶状态,其中45°处的峰最强;在2θ=38°和63°附近出现的尖锐峰代表NixAlyOz合金的结晶态。可以看出,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB三种复合材料在整个图谱范围内出现了多个衍射峰,23°~29°之间的衍射峰较强,为单质S结晶态的特征衍射峰,23°附近最强的峰代表S的(222)晶面[19],说明这三种复合材料中都含有S的结晶状态。对比S/RNi-LV复合材料中S和Ni的衍射峰,可以看到二者的峰强度相差不大,说明单质S进入到RNi的孔结构中,表面覆盖的结晶S较少。而S/RNi-HG和S/RNi-HB复合材料中的S和Ni的衍射峰的强度相差较大,说明在材料表面有大尺寸S存在,单质S的衍射峰掩盖部分Ni衍射峰,其中S/RNi-HB复合材料中S衍射峰对Ni衍射峰的掩盖更加严重。此外,在S/RNi-LV的XRD图谱中,在37°左右出现了一个新的衍射峰,代表NiS六方晶格中的(101)衍射,NiS的衍射峰说明S和RNi在复合的过程存在化学键。

图3为不同方法制备的S/RNi复合材料的SEM图像。从图3(a)可以看出,载体RNi具有良好的孔结构。当S和RNi的质量比一致时,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB复合材料表现出完全不同的形貌。从图3(b)可以看出,S/RNi-LV复合材料中看不到大的单个S块,依旧保持良好的孔结构,S在RNi的孔结构中均匀分布且充分接触。从图3(c)可以看出,S/RNi-HG复合材料虽然依旧具备一定的孔结构,但是S有结块现象,覆盖在RNi的表面,这可能是由于降温结晶过程S在表面能的作用下发生了二次团聚,但即使如此,RNi的孔结构依旧保持,保证了S与RNi的接触。从图3(d)可以看出,S/RNi-HB复合材料孔结构已经消失,只有较碎的块状结构。说明在球磨过程中RNi的孔结构被破坏,单质S主要覆盖RNi表面,S与RNi之间的接触程度降低。图4为S/RNi-LV复合材料的EDS分析图谱。可知,S/RNi-LV复合材料主要由S、Ni和Al三种元素组成,单质S均匀分布在RNi孔洞中,Al元素主要来源于合金RNi本身存在的Al。

图1 NaOH处理前后的RNi与BP2000多孔C的N2吸脱附曲线和孔径分布曲线 Fig.1 BET nitrogen adsorption-desorption isotherms and pore size distribution plot of RNi before and after pretreatment and BP2000 porous carbon

图2 不同制备方法下S/RNi复合材料的XRD图谱 Fig.2 XRD patterns of S/RNi composite using different preparation methods

图5为不同制备方法下S/RNi复合材料的热重曲线。可知,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB三种复合材料开始损失S的温度分别为200℃、180℃和180℃,S损失最大的温度分别为400℃、390℃和260℃。三种材料的失重速率依次递增,起始的失重是由于材料表面S的挥发,逐步拓展到RNi孔洞中的S,由此推算S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB复合材料的S含量分别为39.6wt%、40.0wt%和40.8wt%。S失重速率的高低可以判断S在RNi中所处的位置(处于RNi表面还是孔结构中)。失重速率低说明S进入RNi的深层孔结构中,需要更高的温度使S挥发[19]。由此可见,S/RNi-LV复合材料中S与RNi之间有更充分的接触,S能够沉积到RNi更深孔道中;S/RNi-HG复合材料中的S有一部分进入到RNi的孔结构中,也有一部分覆盖在RNi的表面;S/RNi-HB复合材料中大部分S覆盖在RNi表面。

图3 预处理后RNi和不同方法制备的S/RNi复合材料的SEM图像 Fig.3 SEM images of RNi after pretreatment and S/RNi composite using different preparation methods

图1为20wt%的NaOH溶液处理前后的RNi和多孔C的N2吸脱附曲线和孔径分布曲线,分别采用比表面积测试(BET)法和孔径分布测试(BJH)法计算比表面积和孔径分布。可以看出,用NaOH溶液处理之前的RNi的比表面积为59.6 m2/g,孔体积为0.032 cm3/g,孔径主要分布在3~4 nm之间。而经过NaOH处理后,RNi的比表面积和孔体积明显增大,比表面积为153.7 m2/g,孔体积增大为0.16 cm3/g,孔径分布在12.5~50 nm之间,平均孔径为18 nm。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的分类规定,处理后的RNi的N2吸脱附曲线表现出第1类和第4类曲线的特征,说明其存在微孔和介孔[18]。多孔C的比表面积和孔体积分别为1 458.2 m2/g和1.883 cm3/g,孔径主要分布在2~4 nm之间。

图4 S/RNi-LV复合材料的SEM图像及相应的EDS分析图像 Fig.4 SEM image and EDS mapping images of S/RNi-LV composite

图5 不同方法制备的S/RNi复合材料热重曲线 Fig.5 TGA curves of S/RNi composite using different preparation methods

图6 不同方法制备的S/RNi复合电极的前三圈循环伏安(CV)曲线 Fig.6 Initial three cyclic voltammetring(CV) curves of S/RNi cathode using different preparation methods

图7(a)为不同方法制备的S/RNi复合电极在电流密度为0.5 C时的首次充放电曲线。可以看出,所有样品的首次放电曲线都有两个较大的平台(2.3 V和2.0 V)组成,位于2.3 V处的平台代表S8或者Li2S8分子转化为可溶性多S化物Li2Sn(2<n≤8),2.0 V处的平台代表可溶性多S化物Li2Sn转化为放电终产物不可溶性S化物Li2S2和Li2S的反应过程;所有样品的首次充电曲线由位于2.4 V处的一个平台组成,代表放电终产物Li2S2和Li2S转化为Li2Sn(2<n≤8)进而转化为终产物S8分子的过程[20]。从图7(a)还可以看出,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB复合电极的首次放电比容量分别为1 479、1 309和831 mAh/g。S/RNi-HB复合电极的首次放电比容量最低,这主要是由于球磨后的RNi的孔结构被破坏,S主要覆盖在RNi的表面,容易结块,没有实现与RNi之间的良好接触,降低了活性物质的利用率。比较充放电平台,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB三种复合电极的放电平台逐渐降低,充电平台逐渐增加,这说明S/RNi-LV复合电极的可逆性最好,S/RNi-HG次之,S/RNi-HB复合电极的可逆性最差。

图7 不同方法制备的S/RNi复合电极在0.5 C电流密度下的首次充放电曲线和循环性能 Fig.7 Charge and discharge voltage profiles at the initial cycle and cycling performance of S/RNi cathode using different preparation methods at the rate of 0.5 C

图8 不同方法制备的S/RNi复合电极的倍率性能 Fig.8 Rate performance of S/RNi cathode using different preparation methods

图7(b)为不同方法制备的S/RNi复合电极在电流密度为0.5 C时充放电200次的循环性能。S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB复合电极的载S量分别为1.24、1.19和1.21 mg/cm-2。三种复合电极充放电循环200次后放电比容量分别保持在765、605和308 mAh/g。由此可见,S/RNi-LV、S/RNi-HG和S/RNi-HB复合电极的循环稳定性依次降低,这归因于S/RNi-LV复合材料能保持良好的导电孔结构和均匀的S分布,在循环过程中Ni对多S化物有一定的化学吸附作用,会减弱多S化物的穿梭效应,降低活性物质的损失[12],而且在RNi中存在单质Al,单质Al可能会被氧化为Al2O3,Al2O3对多S化物也有吸附作用[10]。S/RNi-HG复合材料制备的过程中,降温过程会发生S团聚,大尺寸S覆盖在RNi的表面,造成S和RNi的失衡分布[19],这些大尺寸S在循环过程中会发生不可逆比容量损失。S/RNi-HB复合电极的循环性能最差,这是由于大部分S会不均匀覆盖在RNi的表面,这些位置是S失活的高发区。从图7(b)还可以看出,S/RNi-LV(~99%)、S/RNi-HG(~97%)和S/RNi-HB(~83%)库伦效率依次降低,这说明三种复合电极的穿梭效应依次严重,活性物质的利用率损失较快。

图8为不同方法制备的S/RNi复合电极的倍率性能对比。可以看出,随着充放电电流的增大,所有电极的放电比容量均下降,但是S/RNi-LV复合电极在所有倍率条件下的放电比容量均高于S/RNi-HG和S/RNi-HB复合电极。S/RNi-LV复合电极在0.1 C倍率下经过10次的循环,放电比容量保持在1 168 mAh/g,随后增加充放电电流密度,电极放电比容量进一步减少,但在不同倍率下放电比容量基本保持稳定,经过0.2、0.5、1及2 C的充放电循环,放电比容量保持在1 041、956、860及798 mAh/g,当充放电电流密度回到 0.1 C 时,放电比容量能够快速回到1 035 mAh/g,表明S/RNi-LV复合电极具有良好的倍率性能。S/RNi-HG和S/RNi-HB复合电极在所有的充放电电流下的放电比容量均小于S/RNi-LV复合电极,这是由于S/RNi-HG和S/RNi-HB表面覆盖着大尺寸S,导电性变差所致,其中S/RNi-HB复合材料表面覆盖的S更多,导电性最差,因此倍率性能也最差。

图9 不同方法制备的复合电极循环前的交流阻抗和等效电路 Fig.9 Nyquist diagrams and corresponding equivalent circuit of S/RNi cathode using different preparation methods before discharge/charge cycling

图9为不同方法制备的S/RNi复合电极循环前的交流阻抗和等效电路。可以看出,所有的图谱都由高中频的一个半圆和低频区的一条斜线构成,高频区半圆与实轴的截距代表电池的欧姆阻抗,用Re代替;中频区的半圆直径代表电极与电解液之间的界面电荷转移阻抗,用Rct表示[21]。利用Zview软件对三种复合电极的阻抗图谱进行拟合,拟合数据如表2所示。可以看出,S/RNi-LV复合电极的Re值和Rct值都最小,这是由于S/RNi-LV复合材料上的S颗粒较小,且分布均匀,S与RNi之间紧密接触,导电性较好,因此欧姆阻抗较小;S/RNi-LV复合材料保持良好的导电孔结构,缩短了离子扩散途径,因此电荷转移能力提升,界面电荷转移阻抗较小。S/RNi-HG复合电极的Re值比S/RNi-LV复合电极大,说明其欧姆阻抗较大,这可能是由于在高温灼烧的过程中,会形成颗粒较大的S负载在RNi的表面,S与RNi的接触减弱,大尺寸S在有机电解液中溶解增加电解液阻抗,最终增加欧姆阻抗;其Rct值较大是由于材料表面块状的S会影响材料的导电性,降低电荷转移速率,引起界面电荷转移阻抗增加。S/RNi-HB复合电极的ReRct值都最大,这主要是由于载体材料的结构被破坏,表面负载的S更多,S和RNi载体之间的接触进一步减弱,大尺寸S在电解液中的溶解引起电解液浓度增加更加严重,从而引起欧姆阻抗增加更加严重;同时Rct值的增大主要是由于整个材料导电性下降,影响了电荷的快速转移和传递。

表2 不同方法制备的S/RNi复合电极循环前的交流阻抗拟合数据 Table 2 Impedance parameters calculated according to equivalent circuits of S/RNi cathode using different preparation methods before cycling

SamplesRe/ΩRct/ΩS/RNi-LV2.26424.30S/RNi-HG2.45234.34S/RNi-HB3.38751.86

图10 S/RNi-LV、S/C-60、S/C-50和S/C-40复合电极的循环性能 Fig.10 Cycling performance of S/RNi-LV,S/C-60,S/C-50 and S/C-40 cathode

分别以2∶3、1∶1和3∶2的质量比称取升华S和BP2000多孔C,按照制备S/RNi-LV的溶剂法制备S/C复合材料,分别标记为S/C-40、S/C-50和S/C-60。

将含S复合材料、导电剂(Super P)、粘结剂(PVDF)以8∶1∶1的质量比混合,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,研磨后涂在涂碳Al箔上,于60℃ 真空烘箱中干燥10 h,制成直径为14 mm的极片。负极为金属锂片,电解液为1 mol/L的LiTFSI的DOL∶DME的混合溶液(体积比为1∶1,含 0.1 mol/L的LiNO3添加剂),隔膜为Celgard 2000多孔聚乙烯膜,在充满Ar的手套箱(DELLIX,Chengtu,China)中组装成CR2032型扣式电池。静置6 h后进行电化学性能测试。

图11为S/RNi-LV和S/C-40循环前S2p的XPS图谱。图11(a)中,位于164.0 eV和162.4 eV的双自旋-轨道峰分别代表S8分子中的 S2p1/2和S2p3/2的结合能;位于170.6 eV和168.7 eV处有两个卫星峰,代表较小的链状S分子图11(b)中,S/C-40复合材料在164.4 eV和162.8 eV双自旋-轨道峰,但在169.1 eV处只能显示出一个较弱的宽卫星峰,说明S/C-40复合材料中链状小分子S含量较少。根据文献显示[23],链状小分子S2-4有利于增强锂硫电池的电化学性能。此外,S/RNi-LV复合材料中S2p的结合能小于S/C-40复合材料,这可能是Ni—S化学键的存在引起的,金属Ni会提供电子,增加了电场强度,减少了用X射线进行S2p轰击时所需要的能量[24]。因此图11(c)和图11(d)中,S/RNi-LV的Ni2p3/2的结合能(861.9 eV和856.2 eV)高于RNi中的结合能(861.5 eV和855.8 eV)。此外,在S/RNi-LV的S2p图中,于160.1 eV处出现的峰代表S2-,这进一步表明S和RNi形成复合材料的过程发生化学反应,形成化学键。

后现代女权主义的另一分支是"过程主义",它秉持"仅当女性在一个和男性同样得到尊重的社会中获得平等地位时,人们才将会实现所必须的各种革新,最后才出现正义、享受、秩序和创造。"

图11(c)和图11(d)代表原料RNi和S/RNi-LV复合材料循环前的Ni2p3/2的XPS图谱。在图11(c)中,位于855.8 eV和852.0 eV的峰分别代表Ni3+和Ni0[25],Ni3+的出现可能是由于形成RNi合金的过程中Ni和Al发生了相互作用。此外,在S/RNi-LV复合材料的Ni2p3/2图中存在一个双自旋-轨道峰(856.2 eV)和振动卫星峰(861.9 eV)。和图11(c)相比,图11(d)在853.8 eV处出现了一个新峰,代表Ni—S键中的Ni2+,反映S与Ni之间存在相互作用。上述分析充分证明了在S/RNi-LV复合材料中存在Ni—S键,增强RNi和S之间的结合力。此外,文献中也表明Ni金属对多S化物有化学吸附作用[12,26]

在执行会计集中核算机制之后,一个会计工作者要做好多家单位的账务,还有一部分单位的报账工作者会登记好手工账,然后将其交给核算中心,核算中心的相关工作人员将这些数据录入到电脑中,他们根本不了解各个单位中经济运行的实际情况。只要单位所拿来的账目都是完整的,一点漏洞也没有,核算中心就会将这些数据录入到电脑中,他们不会去对单位经济活动的真实状况进行审核,同时也没有将会计中的预算、解析以及监管等落实到位。

图11 S/RNi-LV、S/C-40复合材料循环前S2p和预处理后的RNi、S/RNi-LV复合材料循环前Ni2p3/2的XPS图谱 Fig.11 High-resolution XPS spectra of S2p for S/RNi-LV and S/C-40 composite before cycling and Ni2p3/2 for pretreated RNi and S/RNi-LV composite before cycling

3

(1) 溶剂法制备的硫/兰尼Ni复合材料(S/RNi-LV)表现出最好的电化学性能。S/RNi-LV复合材料中的S与RNi分布均匀,S与RNi充分接触且S颗粒较小,能看到明显的孔结构,单质S大部分沉积在RNi的深层孔结构中。

(2) S/RNi-LV复合电极首次放电比容量分别为1 479 mAh/g,循环200次后比容量依旧能保持在765 mAh/g,库伦效率约为99%。RNi的孔结构起到固S的作用,能实现对单质S的物理和化学吸附,抑制活性物质的损失。金属Ni良好的导电性也能提升复合材料的电化学性能。

(3) S/RNi-LV复合材料的循环性能高于传统S/C复合材料。

参考文献:

[1] 刘珍红,孙晓刚,邱治文,等.多壁碳纳米管纸作正极集流体的锂硫电池性能[J].复合材料学报,2017,34(4):645-652.

LIU Z H,SUN X G,QIU Z W,et al.Performance of lithium sulfur batteries using multiwalled carbon nanotube paper as cathode current collector[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2017,34(4):645-652 (in Chinese).

[2] 施再发,杨少彬,刘景东,等.化学沉淀法制备S-FeS/介孔碳复合材料及其电化学性能[J].复合材料学报,2015,32(2):341-346.

SHI Z F,YANG S B,LIU J D,et al.Preparation of S-FeS/mesoporous carbon composite by chemical precipitation and its electrochemical properties[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2015,32(2):341-346 (in Chinese).

[3] LI Z,LI C,GE X,et al.Reduced graphene oxide wrapped MOFs-derived cobalt-doped porous carbon polyhedrons as sulfur immobilizers as cathodes for high performance lithium sulfur batteries[J].Nano Energy,2016,23:15-26.

[4] GU X,TONG C J,WEN B,et al.Ball-milling synthesis of ZnO@sulphur/carbon nanotubes and Ni(OH)2 @sulphur/carbon nanotubes composites for high-performance lithium-sulphur batteries[J].Electrochimica Acta,2016,196:369-376.

[5] DING K,LIU Q,BU Y,et al.High surface area porous polymer frameworks:Potential host material for lithium-sulfur batteries[J].Journal of Alloys and Compounds,2016,657:626-630.

[6] YANG X,QIAN X,JIN L,et al.Mesoporous TiO2 nanosheet with a large amount of exposed {001} facets as sulfur host for high-performance lithium-sulfur batteries[J].Journal of Solid State Electrochemistry,2016,20(8):2161-2168.

[7] ZHAO Q,HU X,ZHANG K,et al.Sulfur nanodots electrodeposited on Ni foam as high-performance cathode for Li-S batteries[J].Nano Letters,2015,15(1):721-726.

[8] ZHANG Y,BAKENOV Z,ZHAO Y,et al.Effect of nano-sized Mg0.6Ni0.4O prepared by self-propagating high temperature synthesis on sulfur cathode performance in Li/S batteries[J].Powder Technology,2013,235(2):248-255.

[9] NIU X Q,WANG X L,XIE D,et al.Nickel hydroxide-modified sulfur/carbon composite as a high-performance cathode material for lithium sulfur battery[J].ACS Applied Materials & Interfaces,2015,7(30):16715-16722.

[10] LIU X,SHAN Z,ZHU K,et al.Sulfur electrode modified by bifunctional nafion/γ-Al2O3 membrane for high perfor-mance lithium-sulfur batteries[J].Journal of Power Sources,2015,274:85-93.

[11] LI X,PAN L,WANG Y,et al.High efficiency immo-bilization of sulfur on Ce-doped carbon aerogel for high performance lithium-sulfur batteries[J].Electrochimica Acta,2016,190:548-555.

[12] SALEM H A,BABU G,RAO C V,et al.Electrocatalytic polysulfide traps for controlling redox shuttle process of Li-S batteries[J].Journal of the American Chemical Society,2015,137(36):11542-11545.

[13] LIU X,ZHU K,TIAN J,et al.Preparation of yolk-shell sulfur/carbon nanocomposite via an organic solvent route for lithium-sulfur batteries[J].Journal of Solid State Electrochemistry,2014,18(8):2077-2085.

[14] LI X,RAO M,LI W.Sulfur encapsulated in porous carbon nanospheres and coated with conductive polyaniline as cathode of lithium-sulfur battery[J].Journal of Solid State Electrochemistry,2015,20(1):153-161.

[15] MI K,JIANG Y,FENG J,et al.Hierarchical carbon nanotubes with a thick microporous wall and inner channel as efficient scaffolds for lithium-sulfur batteries[J].Advanced Functional Materials,2016,26(10):1571-1579.

[16] FANG X,WENG W,REN J,et al.A cable-shaped lithium sulfur battery[J].Advanced Materials,2016,28(3):491-496.

[17] LI L,LIU X,ZHU K,et al.PEO-coated sulfur-carbon composite for high-performance lithium-sulfur batteries[J].Journal of Solid State Electrochemistry,2015,19(11):3373-3379.

[18] REHMAN S,GU X,KHAN K,et al.3D vertically aligned and interconnected porous carbon nanosheets as sulfur immobilizers for high performance lithium-sulfur batteries[J].Advanced Energy Materials,2016,6(12):1502518.

[19] 袁艳.锂硫电池硫基正极材料与电解液研究[D].长沙:中南大学,2014.

YUAN Y.Research on sulfur cathode materials and electrolytes for lithium-sulfur batteries[D].Changsha:Central South University,2014 (in Chinese).

[20] QIAN X,JIN L,ZHAO D,et al.Ketjen black-MnO composite coated separator for high performance rechargeable lithium-sulfur battery[J].Electrochimica Acta,2016,192:346-356.

[21] LIU S L,ZHANG H Z,XU L Q,et al.Solvothermal preparation of tin phosphide as a long-life anode for advanced lithium and sodium ion batteries[J].Journal of Power Sources,2016,304:346-353.

[22] ZU C,LI L,GUO J,et al.Understanding the redox obstacles in high sulfur-loading Li-S batteries and design of an advanced gel cathode[J].Journal of Physical Chemistry Letters,2016,7(7):1392-1399.

[23] BARCHASZ C,LEPRETRE J C,ALLOIN F,et al.New insights into the limiting parameters of the Li/S rechargeable cell[J].Journal of Power Sources,2012,199(1):322-330.

[24] MA L,ZHUANG H L,WEI S Y,et al.Enhanced Li-S batteries using amine-functionalized carbon nanotubes in the cathode[J].ACS Nano,2016,10(1):1050-1059.

[25] LIU L J,CHEN Y,ZHANG Z F,et al.Electrochemical reaction of sulfur cathodes with Ni foam current collector in Li-S batteries[J].Journal of Power Sources,2016,325:301-305.

[26] CHENG J J,ZHU J T,PAN Y,et al.Sulfur-nickel foam as cathode materials for lithium-sulfur batteries[J].ECS Electrochemistry Letters,2014,4(2):A19-A21.

朱希,田建华,刘肖燕,单忠强
《复合材料学报》 2018年第05期
《复合材料学报》2018年第05期文献

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