與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,鋰硫電池具有高比容量的優(yōu)點,因而人們希望它能作為未來的動力電池和儲能電池。但是,由于鋰硫電池存在的硫電導(dǎo)率低和在充放電過程中正極材料體積發(fā)生較大變化等問題,限制了鋰硫電池在實際生活中的應(yīng)用。本文通過對正極材料設(shè)計一定的微觀結(jié)構(gòu),改善鋰硫電池的電化學(xué)性能。首先,通過改變工藝條件制備出球形硫納米顆粒;然后,以硫納米顆粒為核,設(shè)計并制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦（TiO₂）@S以及蛋黃殼結(jié)構(gòu)的聚苯胺（Pan）@S的復(fù)合材料。利用X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等手段對制備的材料的形貌、組成進(jìn)行表征,并對樣品進(jìn)行電化學(xué)測試。通過探索不同的制備工藝,利用硫代硫酸鈉與硫酸反應(yīng),通過調(diào)節(jié)表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮的用量,制備出平均粒徑為500 nm的球形硫納米顆粒。通過控制溶液的pH值及雙（2,4-戊二酮酸）雙（2-丙醇酸）鈦（Ⅳ）的用量,制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的TiO₂@S復(fù)合材料。在0.1 C倍率下,首次放電比容量可達(dá)1029.3 mA h g^-1,循環(huán)50次后其容量依然保持... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Li-S電池的工作原理示意圖

222SeS2 2222S2LiLiS S2LiLiS22放電過程中生成的Li2S2和Li2S，由于發(fā)生氧合物，并且隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，放電產(chǎn)生的果在理想的狀態(tài)下，固相單質(zhì)硫可以按照上述量可達(dá)1675 mAh g-1。S電池放電曲線具有兩個典型的放電平臺，而如圖1-2所示。一般保持在2.45 V~2.1 V之間，在這個過程中應(yīng)于反應(yīng)式(2)～(4)。一般保持在2.1 V～1.7 V之間，在這個過程中很低的短鏈聚硫離子，此過程對應(yīng)于反應(yīng)式(

成碳硫復(fù)合物，并且大大改善了鋰硫電池的電化學(xué)性能。如今人們通常將硫與各種形狀的多孔碳、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯等復(fù)合。這些材料雖然制備工藝復(fù)雜，但是他們特殊形貌的碳骨架能夠和硫單質(zhì)很好的復(fù)合，不僅能提高硫的導(dǎo)電性，而且還能夠?qū)⒘蚓鶆虻刎?fù)載包圍起來，起到了固定硫單質(zhì)的效果，抑制“穿梭效應(yīng)”的發(fā)生[27-29]。Li 等[30]以蔗糖為碳源，以 SBA-15 為模版，通過水熱法合成了以介孔微球為核，微孔碳為殼的核殼結(jié)構(gòu)的硫/碳復(fù)合材料，實驗流程如圖 1-3 所示。這種復(fù)合材料在0.1 C 倍率下首次放電比容量達(dá)到 1211 mAh g-1，在 0.5 C 倍率下，循環(huán) 200 圈后比容量依舊保持在 837 mAh g-1,容量保持率達(dá)到 80 %。這種結(jié)構(gòu)以介孔碳為核極大的提高了硫單質(zhì)的含量，另外以微孔碳為殼一定程度上緩解了體積膨脹以及多硫化合物溶解的問題，提高了鋰硫電池的容量保持率、循環(huán)穩(wěn)定性和庫倫效率，而且這種雙級結(jié)構(gòu)兼具介孔碳和微孔碳兩者的優(yōu)點，為改善鋰硫電池電化學(xué)性能的研究提供了一個很好的研究思路。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聚苯胺復(fù)合材料防腐性能研究進(jìn)展[J]. 章振華,袁庭輝,張大全,高立新.  腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù). 2017(01)
[2]聚苯胺防腐蝕機理及在涂料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 劉國杰.  中國涂料. 2016(11)
[3]S/In2O3納米材料的制備及其在鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用[J]. 梁興華,宋清清,趙玉超,劉于斯,劉浩.  合成化學(xué). 2016(08)
[4]鋰硫電池研究最新發(fā)展及面臨的挑戰(zhàn)[J]. 李福橋,朱澤華.  電源技術(shù). 2016(05)
[5]鋰硫電池正極復(fù)合材料研究現(xiàn)狀[J]. 楊蓉,鄧?yán)ぐl(fā),劉曉艷,曲冶,雷京,任冰.  化工進(jìn)展. 2015(05)
[6]玉米秸稈制備活性炭用于鋰硫電池的研究[J]. 張勝利,李丹丹,宋延華,司丹亞.  鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(05)
[7]高比能鋰硫電池正極材料[J]. 陳人杰,趙騰,李麗,陳君政,吳鋒.  中國科學(xué):化學(xué). 2014(08)
[8]多孔磷酸鐵鋰薄膜的制備與表征[J]. 展飛,戴金輝,吳平偉,劉青,劉文棟,徐玉磊.  材料導(dǎo)報. 2014(10)
[9]鋰硫電池正極研究現(xiàn)狀及產(chǎn)品化前景[J]. 周矗,徐倩,李合琴,喬愷,張靜,唐瓊.  新材料產(chǎn)業(yè). 2014(04)
[10]含單質(zhì)硫正極復(fù)合材料[J]. 苗力孝,王維坤,王夢佳,段博超,楊裕生,王安邦.  化學(xué)進(jìn)展. 2013(11)



本文編號：3133549