编号：FTJS108044
篇名： 硅藻土基TiO2/MoS2复合隔膜的制备及其在锂硫电池中的应用
作者： 肖文杰
关键词： 硅藻土; 二氧化钛; 二硫化钼; 碳纤维; 氮掺杂; 锂硫电池;
机构：中南大学
摘要： 锂硫（Li-S）电池作为新型储能体系,其理论比容量和能量密度优势显著,加之成本优势突出,被视作极具发展潜力的下一代二次电池候选技术。但在实际运行过程中,可溶性中间产物多硫化锂在正负极间的穿梭效应,阻碍着其商业化进程。鉴于此,研发具有高效多硫化物（LiPSs）转化催化活性的功能材料成为关键技术突破方向。考虑到硅藻土（DE）具有丰富孔隙、高比表面积以及独特三维孔结构的独有优势,与其他具有较强吸附和催化性能的材料进行复合,可得到具有多功能的复合材料,本论文的研究内容以及得到的结论如下: （1）采用水热法成功制备了DE/MoS2复合材料,并用于修饰Li-S电池的隔膜。硅藻土具有大量均匀分布的天然孔道结构和良好的负载基体特性,进一步复合纳米MoS2大面积比的二维材料,加速锂硫电池内部的多硫离子转化的动力学过程,对提升电池电化学性能具有重要意义。电化学数据测试发现,装有DE/MoS2涂层隔膜材料的电池在0.5 C电流密度下的首次放电容量为1334.5 mAh g-1,远高于空白PP(471.4 mAh g-1),DE(682.3 mAh g-1)、MoS2(1268.8 mAh g-1)。经200次充放电循环后,DE/MoS2的放电比容量仍能保持在674.5mAh g-1,容量保持率为50.5%。 （2）采用静电纺丝技术结合高温碳化工艺,在800℃热解条件下制备出硅藻土/二氧化钛/氮掺杂碳纳米纤维（DE/TiO2/NCNF-800）复合材料,并用于修饰Li-S电池的隔膜。TiO2分散在交织的氮掺杂碳纳米管（NCNF）,形成了三维导电网络,而硅藻土填充在空间间隙,为LiPSs的吸附和转化提供了大量的活性位点。在三者的相互协作下,在0.1 C下,DE/TiO2/NCNF-800涂层隔膜实现了1311.1 mAh g-1的首次循环放电比容量,显著高于空白PP隔膜的锂硫电池(919.6 mAh g-1)。在不同的电流密度下,DE/TiO2/NCNF-800材料表现出良好的电化学可逆性。此外,DE/TiO2/NCNF-800涂层隔膜表现出优异的倍率性能和锂离子扩散速率。 （3）在前两章实验的基础上,本章制备出了硅藻土/二氧化钛/二硫化钼/氮掺杂碳纳米纤维（DE/TiO2/MoS2/NCNF）四级复合材料,作为Li-S电池的隔膜修饰材料。得益于多组分协同作用及结构设计优势,电池具有出色的电化学性能。通过循环伏安测试得到不同扫描速率下的CV曲线,对比PP、DE/MoS2/NCNF、TiO2/MoS2/NCNF,DE/TiO2/MoS2/NCNF复合材料拥有最大的锂离子扩散系数,证明了在硅藻土的作用下可以提高锂离子的迁移速率,加速电池内部的氧化还原反应动力学。在0.5 C的电流密度下,DE/TiO2/MoS2/NCNF涂层隔膜修饰的Li-S电池的初始放电比容量为1245.6 mAh g-1,经过200圈循环以后,DE/TiO2/MoS2/NCNF涂层隔膜Li-S电池的放电比容量仍能够维持在821.3 mAh g-1,容量保持率为65.94%,并展现优异的倍率性能。