發(fā)布時間：2020-09-14 12:57

　　 電能儲存對于可再生能源的高效率利用來說至關(guān)重要,正成為當今研究的一個熱點。新能源車輛也需要先進的電能儲存技術(shù)來提供高能量供應和高功率密度。而鋰離子電池提供已知電池中最高的能量密度系統(tǒng),并被認為是近期解決這些應用問題最可行的途徑。盡管在便攜式電子產(chǎn)品普及度很高,但是其存儲裝置存在諸如存電時間,成本,安全等諸多問題阻礙了大尺寸鋰離子電池的實際應用。鋰硫電池是基于硫為正極的高比能量的新一代電池系統(tǒng),其活性物質(zhì)硫的理論比容量高達1675mAh/g,理論比能量近于2600wh/kg。到現(xiàn)在為止,鋰硫電池尚處于實驗室初始研究階段,可以得到的能量密度還遠低于理論值,并且鋰硫電池的正極材料的活性物質(zhì)硫本身屬于絕緣物質(zhì)電導率低、充放電過程中體積變化等問題,使得電化學性能不如人意,限制了其大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。本文針對這些問題,我們展示了一種方便的方法通過原位氧化聚合的方法來沉積Ti基金屬氧化物上的PEDOT納米粒子,來實現(xiàn)有利的表面改性。相比于Ti基金屬氧化物/硫和PEDOT/硫,三元PEDOT/Ti基金屬氧化物/硫表現(xiàn)出更好的循環(huán)穩(wěn)定性和循環(huán)效率。通過分析卓越的電化學PEDOT/Ti基金屬氧化物/硫正極的性能歸因于由Ti基金屬氧化物納米顆粒和高導電性的PEDOT形成強烈的化學吸引力吸附多硫化物。我們此處制備的PEDOT/TiO_2納米復合材料(NCs)提供了一個二合一的方法改善硫基正極的電化學性能,并驗證了有潛力的高性能鋰硫電池的可行性。目前,如果從原理分析的話,主要的原因在于充放電過程中多硫化物的遷移和沉積導致的穿梭效應。本文主要根據(jù)鋰硫電池存在的這些問題,著手在正極材料單質(zhì)硫的宿主材料方面進行了研究。我們分別探索嘗試了PEDOT/S,TiO_2/S,Ti_4O_7/S,PEDOT/TiO_2/S,PEDOT/Ti_4O_7/S電極材料,目的在于尋找一種十分合適的正極材料來提高硫正極的導電性并且抑制充放電過程中因多硫化物的遷移引起的穿梭效應。將PEDOT/TiO_2納米材料作為硫的載體,從而進一步改性鋰硫電池的正極,提高鋰硫電池的性能。但是由于TiO_2是不導電的,因此我們猜想可能這種絕緣性會一定程度限制鋰硫電池的性能,進過查閱文獻以及借鑒課題組的相關(guān)經(jīng)驗,我們研制出了導電的Ti_4O_7納米棒進而將其和PEDOT復合,得到復合材料PEDOT/Ti_4O_7,應用到正極材料中取得了預期的效果。主要的研究內(nèi)容如下:(1)采用原位氧化聚合的方法制備出了PEDOT/TiO_2的納米顆粒,然后采用在155℃下熱熔融的方法與單質(zhì)硫進行復合制備PEDOT/TiO_2/S復合正極材料。通過XPS實驗驗證得知二氧化鈦與多硫化物之間會形成化學鍵,從而產(chǎn)生化學鍵合的作用,這可以降低充放電過程中因多硫化物遷移而引起的穿梭效應。通過CV和阻抗的測試分析得知,PEDOT能夠提高正極材料的導電性,從而降低電池的電荷轉(zhuǎn)移電阻,有利于促進電化學反應的進行和提升鋰硫電池的電化學性能。在1C電流密度下充放電循環(huán)500圈,還剩余532.1mAh/g的可逆比容量。(2)本文采用的是氫氣還原的方法制備了Ti_4O_7納米顆粒,然后采用原位氧化聚合的方法和升華硫進行復合制備出了PEDOT/Ti_4O_7的復合材料,接著同樣采用熱熔融的方法制得PEDOT/Ti_4O_7/S的復合正極材料。與PEDOT/S,純Ti_4O_7/S電極相比,PEDOT/Ti_4O_7/S的復合正極材料在循環(huán)和倍率性能方面均得到了比較大的提升。在1 C電流密度下充放電循環(huán)500次,還剩余566.1 mAh/g的可逆比容量;在4 C高倍率放電下,放電比容量還是達到了416.8mAh/g。
【學位單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM912;TB33
【部分圖文】：

導電聚合物改性 TinO2n-1復合材料制備及電化學行為研究2.1 鋰硫電池的工作原理鋰硫電池的工作原理和鋰離子電池的工作原理還是有比較大的區(qū)別。鋰離池因為其在充放電的過程中是通過嵌入和脫出進行工作，因此其能量密度都定在 140 Wh/kg 以內(nèi) ，已經(jīng)很難滿足人們?nèi)找嬖鲩L的能量需求。而鋰硫電通過硫-硫鍵的生成和斷裂產(chǎn)生能量 ，具體的工作原理如圖 1.1 所示。

圖 1.2 鋰硫電池充放電曲線示意圖 Fig. 1.2 Discharge and charge curve of lithium sulfur battery硫電池研究中遇到的問題前來看，鋰硫電池具有相當大的優(yōu)勢和應用前景，但是卻無法實現(xiàn)模生產(chǎn)，通過分析可能有如下幾點原因：. 鋰硫電池中正極材料的活性物質(zhì)硫單質(zhì)是屬于絕緣體 ，電導率學過程中產(chǎn)生的 Li2S2和 Li2S 也是不導電的。因此要解決低導電率加入一定的導電材料來增強正極電極的導電性 。. 在充放電過程中，單質(zhì)的硫會發(fā)生物理化學中的相轉(zhuǎn)換，在此過會發(fā)生膨脹和收縮 ，這種體積變化會導致正極材料結(jié)構(gòu)被破壞硫電池差的循環(huán)穩(wěn)定性 。

圖 1.3 鋰硫電池中發(fā)生的穿梭機制 stration of the shuttle mechanism occurring in a L內(nèi)外研究進展能源的衰竭以及其過度的使用帶來的一源的使用。鋰硫電池憑借著廉價、無毒人們的視野，并且在關(guān)鍵的難點上取得論文。針對以上發(fā)現(xiàn)的鋰硫電池中存在從事正極改性，或者從事負極改性，從性

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 萬文博;蒲薇華;艾德生;;鋰硫電池最新研究進展[J];化學進展;2013年11期

2 陳宗宗;張瑞豐;;基于Polymer-S-C/SiO_2多層結(jié)構(gòu)大孔電極鋰硫離子電池的制備與性能[J];復合材料學報;2014年02期

3 刁巖;謝凱;洪曉斌;熊仕昭;;Li-S電池硫正極性能衰減機理分析及研究現(xiàn)狀概述[J];化學學報;2013年04期

本文編號：2818199