【摘要】：電子通訊設(shè)備和電動交通工具等行業(yè)的飛速發(fā)展需要高比能、高安全性、成本低廉、環(huán)境友好并經(jīng)久耐用的新型電池。商業(yè)化的鋰離子電池受正極材料比容量及安全性等因素的限制,難以進一步提高續(xù)航能力。鋰硫二次電池憑借高達1675mAh/g的理論比容量,以及來源豐富、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點,成為新能源領(lǐng)域的研究熱點。但是該體系存在導(dǎo)電性差、活性物質(zhì)利用率低、穿梭效應(yīng)等缺點,阻礙了其商業(yè)化進程。本實驗從正極材料成分、“三明治”結(jié)構(gòu)、隔膜等方面對鋰硫電池進行改性和機理研究。論文的主要創(chuàng)新之處在于:研究了硬模板法制備介孔碳(MC)時模板劑量對介孔碳及鋰硫電池性能的影響;借助TiO_2納米管(Tnt)和納米TiO_2顆粒(NT)對正極和隔膜進行改性,提高了循環(huán)性能和庫倫效率;用物理氣相沉積法在正極和碳膜上沉積了金屬Al和Ti,改善了正極導(dǎo)電性,制備了“三明治”結(jié)構(gòu)的新型Li-S電池。為提高活性物質(zhì)利用率,本實驗以聚乙烯醇為前驅(qū)體碳源,采用硬模板法制備了分層結(jié)構(gòu)的介孔碳,制得三種硫/介孔碳復(fù)合正極材料。研究了納米CaCO_3模板劑與聚乙烯醇的最佳質(zhì)量比例、介孔碳的造孔機制與Li-S電池性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明,CaCO_3:PVA=1:1.5制備的介孔碳MC2,比表面積為850m~2/g,孔容0.57 cm~3/g,以之為導(dǎo)電載體的S/MC2正極材料電池在0.5C和1C循環(huán)倍率下,首次放電比容量分別為1384mAh/g和1258mAh/g,100次循環(huán)后分別保有882mAh/g和861mAh/g的可逆比容量,具有良好的容量保持率和循環(huán)可逆性。用陽極氧化法制備了TiO_2納米管,與納米TiO_2顆�；旌虾�,對硫/活性炭(S/AC)正極材料進行改性,制備了S/AC/-NT/Tnt正極材料;并用NT/Tnt對傳統(tǒng)Celgard2400隔膜(Cel)進行涂覆修飾,制備了改性隔膜Cel-NT/Tnt。S/AC/-NT/Tnt正極材料組裝的Li-S電池,0.5C時的初始比容量為1153mAh/g,100周期后保持在846mAh/g;隔膜涂覆NT/Tnt改性后的電池S/AC/(Cel-NT/Tnt)在0.5C和1C時分別獲得了1215mAh/g和1035mAh/g的初始放電比容量,100次循環(huán)之后的放電比容量分別為899mAh/g和873mAh/g,200次循環(huán)之后的庫倫效率仍保持在98%以上。用物理氣相沉積法,對傳統(tǒng)鋰硫電池正極等關(guān)鍵材料進行鍍膜包覆,提高電導(dǎo)率,實現(xiàn)了循環(huán)性能的提高。首先以活性炭作為導(dǎo)電基體制備了硫/活性炭正極復(fù)合材料,再用射頻磁控濺射技術(shù),將Al和Ti金屬分別沉積在硫/活性炭表面,提高硫的導(dǎo)電性,同時Al和Ti的部分顆粒嵌入活性炭材料表面的孔隙,抑制了多硫離子的穿梭效應(yīng),改善了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和工作壽命。在硫/活性炭正極材料上濺射鍍Al后,電化學(xué)性能明顯提高,在0.5C倍率下,第1次和第100次放電比容量分別為1257mAh/g和977mAh/g,庫侖效率始終保持在97%以上。制備了正極-導(dǎo)電碳膜-隔膜的“三明治”結(jié)構(gòu)新型電池材料。用射頻磁控濺射法將Al和Ti分別沉積在濾紙表面,通過高溫碳化制備出附著Al和Ti金屬的復(fù)合導(dǎo)電碳膜,置于S/AC正極材料和隔膜之間,得到了S/AC-導(dǎo)電碳膜-隔膜的“三明治”結(jié)構(gòu)新型鋰硫電池。Al和Ti薄膜具有優(yōu)良的電導(dǎo)率和延展性,改善了碳膜夾層的導(dǎo)電性和柔韌性,能緩沖正極材料的體積溶脹。鍍Al碳膜夾層結(jié)構(gòu)的電池在0.5C和1C時分別獲得了1394mAh/g和1273mAh/g的初始放電比容量,在100次循環(huán)后仍有889 mAh/g和924mAh/g的可逆比容量,200次循環(huán)之后的庫倫效率仍高于98%,穿梭效應(yīng)得到有效控制,活性物質(zhì)利用率明顯提高。實驗表明磁控濺射技術(shù)用于鋰硫電池材料改性,能夠有效提高電池性能。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TB383.1
【圖文】：

尋找和開發(fā)清潔安全的綠色能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)石自然界中的可再生能源，例如太陽能、風(fēng)能、潮汐可持續(xù)、利用價值高、環(huán)保無污染等諸多優(yōu)點，但都受天氣和自然環(huán)境等因素的影響，并且此類能源的大能的能量儲存體系才夠有效發(fā)揮其重要作用。同時以及混合動力汽車等新型交通工具的推廣，也對電源。在機械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能、相變儲能等電池和超級電容器為代表的電化學(xué)儲能體系，能夠高具有經(jīng)濟環(huán)保、便攜可移動等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于應(yīng)急系統(tǒng)等方面。二次電池在儲存可再生能源方面?zhèn)涫荜P(guān)注。其中鋰離度和工作電壓、低的自放電效應(yīng)以及工作壽命長、清代儲能系統(tǒng)的典型代表。池的工作原理

第一章 緒論通過電解液和隔膜嵌入負極材料；放電時鋰離子脫出負極材料，重極，并嵌入正極材料。其反應(yīng)過程可由下述簡化方程來表示：6C + LiMO2→ LixC6+ Li(1 x)MO2 的主要優(yōu)勢在于正極和負極均采用嵌鋰材料，避免了金屬鋰負極電池結(jié)構(gòu)被破壞所引發(fā)的安全問題。因此，LIBS 是各種鋰電池系商業(yè)化二次電源，被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、醫(yī)療、軍事和科研等

第一章 緒論Li-S 電池應(yīng)用于無人機，創(chuàng)下了飛行記錄的新突破。尤為令人矚目的是物化所研制的Li-S電池，額定容量達到30Ah以上，比能量高于330W Li-S 電池的大規(guī)模商業(yè)化進程。鋰硫電池的基本構(gòu)成和工作原理i-S 電池以金屬鋰為負極，單質(zhì)硫或者硫的化合物為正極，其結(jié)構(gòu)以圖 1.3 所示。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 郝曉亮;;磁控濺射鍍膜的原理與故障分析[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2013年06期

2 楊海瑞;劉曉榮;楊俊和;潘嘉祺;;碳纖維催化石墨化的研究概況[J];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年01期

本文編號：2794435