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层状VS2纳米片用于锂硫电池的正极材料添加剂的研究开题报告

 2020-04-26 11:04  

1. 研究目的与意义(文献综述)

经济的蓬勃发展使得人类社会面临越来越严峻的能源与环境问题,而绿色清洁能源的开发为上述问题提供了行之有效的解决方法,具有十分重要的意义。锂离子电池(libs)具有体积小、容量大、电压高、绿色环保等优点,率先进入商业化应用。然而,随着电子设备的飞速发展和电动汽车续航里程要求的不断提高,传统libs的能量密度已经难以满足人们日益增长的需求,发展新型、高能量密度下一代libs已经是大势所趋。

li-s电池在能量密度上具有巨大的优势,在锂阳极-硫阴极的基础上计算的理论值约为2600 wh kg-1,是商用libs的五倍(lico2/c为387 w h kg-1)。除此之外,硫在自然界中大量存在,原材料成本极低,并且在充放电过程中无有害物质产生,无毒无污染,属于环境友好型材料。综上,锂硫(li-s)电池由于其较高的理论能量密度和较低的成本而成为下一代高能可充电锂电池最有潜力的候选者之一。但在li-s电池的实际应用中,存在三大挑战:1)硫和硫化锂的导电性差,影响正极中电子的三维连续传导;2)多硫化物易溶解于电解液中并产生穿梭效应,导致电池的库伦效率低和快速衰减;3)电极反应中的体积变化,导致电极材料的结构不稳定,进而导致整个电池性能衰减。因此对正极硫的改性显得十分重要,目前主要是采用纳米碳材料,导电高分子,金属氧化物和硫化物等纳米材料改性。而金属硫化物具有以下优点:1)对含硫物质的强亲核性;2)低的锂化电位;3)高的电导率。是锂硫电池正极材料改性添加剂中十分理想的基体材料。

具有纳米片层状结构的纯相二硫化物二硫化钒(vs2),是继tis2、fes2、cos2、co9s8之后,具有很大潜力用于锂硫电池的硫化物阴极材料。vs2对硫化物的亲核性,以及纯相的稳定结构,使得片层状的vs2具有良好的电导性和亲硫性;片层间的间隙也为电极反应提供离子和电子传输的通道,硫载量和有效硫利用率大大提高,从而使得其容量与寿命得到保障。加入石墨烯(go)优化,使得vs2纳米片分散更加均匀,使得载硫量进一步提升,并提升3d连续电导性,协同优化vs2@go的在正极材料的作用。以实现提高锂硫电池的导电性能和循环性能的目的。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:以二硫化钒为添加剂,制备硫和二硫化钒复合材料;通过熔融扩散法将两者共热复合;

材料表征:对二硫化钒材料进行结构表征和电化学性能测试,通过xrd、n2吸/脱附、tem、sem等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析,并采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)等电化学测试技术对其电化学性能进行了系统评估。

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究方法、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第5-7周:按照设计方案,制备vs2@go纳米片材料。

第8-12周:采用xrd、sem、tem、bet、cv、eis等测试技术对材料的物相、显微结构、比表面积、电化学性能进行测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 郑智慧,谷峰. 锂硫电池正极材料研究进展[j]. 化学通报, 2018, 81(2): 88-108.

[2] ruimin sun,qiulong wei,liqiang mai, et al. novel layer-by-layer stacked vs2 nanosheets with intercalation pseudocapacitance for high-rate sodium ion charge storage [j], nano energy, 2017, 35: 396-404.

[3] 林鸿鹏, 王娜. 碳硫复合材料制备锂硫电池的研究进展[j]. 电池工业, 2017, 21(4): 29-34.

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