本文選題：正極材料　切入點(diǎn)：鋰離子電池　出處：《西北師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：硫化亞銅(Cu2S)由于具有較高的理論比容量(337 mAh·g-1)、較高的電子導(dǎo)電性(ca.104 S cm-1)、平坦的電壓平臺(tái)以及原料在自然界中豐富的儲(chǔ)量,被認(rèn)為是具有前景的下一代鋰離子電池正極材料。然而,在實(shí)用化之前,硫化亞銅基正極材料還有些需要改進(jìn)的地方。硫化亞銅電極在充放電循環(huán)過程中產(chǎn)生的多硫化物(Li2Sx,x2)易溶于有機(jī)電解液中,從而導(dǎo)致活性物質(zhì)的流失,容量衰減很快。本文采用原位電化學(xué)法制備了S-C及S-PPy聚吡咯復(fù)合材料前驅(qū)體,并對(duì)其形貌、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在此過程中銅箔既作為集電極,還作為制備Cu2S的原料。銅箔在反應(yīng)過程中的腐蝕是緩和的,不會(huì)影響集電極的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:(1)利用濃硫酸對(duì)葡萄糖的脫水碳化作用,一鍋法制備了前驅(qū)體S-C復(fù)合材料,再通過在銅集電極上的充放電測(cè)試過程,原位電化學(xué)法制備了Cu2S-C復(fù)合材料。復(fù)合材充放電測(cè)試結(jié)果顯示,Cu2S-C復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)循環(huán)性能,其首次可逆容量達(dá)255.4 mAh·g-1,100次循環(huán)后容量252.3 mAh·g-1,容量衰減幾乎可以忽略。而且,分別在電流密度0.2 C,0.5 C,1 C(1 C=337 mA·g-1)下進(jìn)行充放電性能測(cè)試,結(jié)果容量分別達(dá)232.8,207.6,183.8 mAh·g-1,倍率性能較好。SEM測(cè)試結(jié)果顯示,S-C前驅(qū)體材料的形貌受復(fù)合材料中的碳含量和制備復(fù)合材料的H2SO4的濃度影響較大。同時(shí),Cu2S-C復(fù)合材料的電化學(xué)性能與前驅(qū)體S-C復(fù)合材料中碳含量以及H2SO4的濃度有關(guān),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,最佳的設(shè)計(jì)碳含量為5 wt.%,合適的H2SO4濃度(所有試劑滴加完成后的濃度)為75%。(2)采用原位化學(xué)氧化聚合法制備了前驅(qū)體S-PPy復(fù)合材料,然后利用在銅集電極上充放電過程原位電化學(xué)法制備了Cu2S-PPy復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,Cu2S-PPy復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)循環(huán)性能和倍率性能,在0.2 C(1 C=337 mA·g-1)下首次可逆容量達(dá)297.4 mAh·g-1,50次循環(huán)后仍保持在270.2 mAh·g-1。并且研究了PPy在前驅(qū)體復(fù)合物中的含量對(duì)材料微觀形貌和結(jié)構(gòu)的影響。S-PPy復(fù)合材料前驅(qū)體在不同的集電極鋁箔、銅箔上所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理有很大的差別,在不同的集電極上充放電電壓曲線不同,不同的電壓曲線代表不同的電化學(xué)反應(yīng)歷程。在鋁箔上,發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)完全符合Li-S電池體系的反應(yīng)情況。而在銅箔上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),原位電化學(xué)制備得到Cu2S-PPy復(fù)合材料。使用適當(dāng)?shù)碾娊庖河欣谔岣唠姌O材料的電化學(xué)性能,在Cu2S-PPy復(fù)合材料電極體系中,1M LiTFSI的DME/DOL雙組分溶劑體系是比較理想的電解液。
[Abstract]:Cuprous sulphide (Cu2S) is considered to be a promising cathode material for the next generation of lithium ion batteries due to its high theoretical specific capacity of 337 mAh 路g-1C, high electronic conductivity, flat voltage platform and abundant reserves of raw materials in nature. Before application, cuprous sulphide base cathode materials need to be improved. The polysulfide Li _ 2S _ xX _ (2) produced by cuprous sulfide electrode during charge / discharge cycle is easily dissolved in organic electrolyte, which leads to the loss of active substances. The precursor of S-C and S-PPy polypyrrole composites was prepared by in situ electrochemical method, and its morphology and microstructure were studied. The corrosion of copper foil in the reaction process is mild and the structure of collector will not be affected. The experimental results are as follows: 1) the precursor S-C composite was prepared by one-pot method using concentrated sulfuric acid as dehydration and carbonation of glucose. The Cu2S-C composites were prepared by in-situ electrochemical method through the charge and discharge measurement on the copper collector. The results of charge and discharge test showed that the Cu _ 2S-C composite had good electrochemical cycling performance. The first reversible capacity is 255.4 mAh 路g-1g ~ (-1), the capacity is 252.3 mAh 路g ~ (-1) after 100 cycles, and the capacity attenuation is almost negligible. Furthermore, the charge-discharge performance is tested at the current density of 0.2 C ~ (0.5) C ~ (1) C ~ (1) C ~ (1) C ~ (1) C ~ (1) C ~ (1) ~ (3) Ma 路g-1). The results showed that the morphology of the precursor materials was influenced by the carbon content in the composites and the concentration of H _ 2SO _ 4 in the composites, and the electrochemical properties of the Cu _ 2S-C composites were also affected by the electrochemical properties of the Cu _ 2S-C composites. The energy depends on the carbon content and the concentration of H _ 2SO _ 4 in the precursor S-C composite. The experimental results show that the optimum design carbon content is 5 wt. and the suitable concentration of H _ 2SO _ 4 (after all the reagents have been added) is 75. 2. The precursor S-PPy composite was prepared by in-situ chemical oxidation polymerization. Then Cu2S-PPy composites were prepared by in-situ electrochemical method during charging and discharging process on copper collector. The experimental results show that Cu2S-PPy composite has good electrochemical cycling performance and rate performance. The initial reversible capacity reached 297.4 mAh 路g-1g ~ (-1) and remained at 270.2 mAh 路g ~ (-1) after 50 cycles. The effect of the content of PPy in the precursor complex on the microstructure and microstructure of the composite was studied. The precursor of S-PPy composite was used in different collector electrode aluminum foils. The mechanism of electrochemical reaction on copper foil is very different. The charge-discharge voltage curve is different on different collector, and different voltage curve represents different electrochemical reaction mechanism. The electrochemical reaction was completely in line with the reaction of Li-S battery system, and the electrochemical properties of the electrode materials were improved by the use of proper electrolyte, and the electrochemical reaction was carried out on copper foil and prepared by in situ electrochemistry. One M LiTFSI DME/DOL two-component solvent system is an ideal electrolyte in Cu2S-PPy composite electrode system.
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O646.54;TB33

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本文編號(hào)：1569125