鋰硫電池理論比能量可達(dá)2600 Wh Kg-1,是目前商業(yè)化鋰離子電池理論比能量的5倍,因此被認(rèn)為是最具前景的下一代鋰電池。但是鋰硫電池受限于硫單質(zhì)電導(dǎo)率低、中間產(chǎn)物多硫化鋰（LPS）穿梭、體積膨脹等問(wèn)題,導(dǎo)致其倍率性能差、硫單質(zhì)利用率低和循環(huán)壽命短,一直無(wú)法滿足商業(yè)化應(yīng)用要求。針對(duì)上述問(wèn)題,本文提出了一種與傳統(tǒng)方式不同的“由內(nèi)而外”的載硫方法。并以此為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)合成一系列具有空心結(jié)構(gòu)的微孔碳包覆硫單質(zhì)復(fù)合材料以及具有強(qiáng)化學(xué)吸附作用的雙效固硫材料,用以改善鋰硫電池的循環(huán)及倍率性能。提出了一種以硫化鋅為結(jié)構(gòu)模板及硫源,通過(guò)微孔碳包覆和碘單質(zhì)氧化,合成微孔碳包覆的空心碳硫復(fù)合物的方法。該方法生成的硫單質(zhì)錨定在碳?xì)?nèi)壁上形成單獨(dú)的硫?qū)?因此稱作雙空心球結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一方面可以為體積膨脹預(yù)留空間,另一方面可以利用殼層的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)多硫化物實(shí)現(xiàn)物理阻隔,因此獲得了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在1 C（1672 m Ah g-1）條件下運(yùn)行1000次的單次衰減速率僅為0.05%。即使在電解液中不添加硝酸鋰作為保護(hù)劑的情況下,1 C循環(huán)仍能得到93%的庫(kù)侖效率,顯示了對(duì)多硫化物擴(kuò)散的有效抑制作用。以原位氧化制硫方... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：147 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 鋰硫電池概述
        1.2.1 鋰硫電池工作原理
        1.2.2 鋰硫電池面臨的問(wèn)題及挑戰(zhàn)
    1.3 鋰硫電池正極材料研究進(jìn)展
        1.3.1 碳硫復(fù)合物正極材料
        1.3.2 高分子硫復(fù)合物正極材料
        1.3.3 極性化合物硫復(fù)合物正極材料
    1.4 正極載硫方法
        1.4.1 物理法載硫
        1.4.2 化學(xué)法載硫
    1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.2 測(cè)試與表征方法
        2.2.1 X射線衍射（XRD）
        2.2.2 拉曼光譜（Raman）
        2.2.3 掃描電子顯微鏡（SEM）
        2.2.4 透射電子顯微鏡（TEM）
        2.2.5 X射線光電子能譜（XPS）
        2.2.6 比表面積測(cè)試（BET）
        2.2.7 熱重分析（TGA）
    2.3 正極材料電化學(xué)性能評(píng)價(jià)
        2.3.1 電池組裝
        2.3.2 充放電測(cè)試
        2.3.3 循環(huán)伏安測(cè)試
        2.3.4 交流阻抗測(cè)試
        2.3.5 可視化放電實(shí)驗(yàn)
第3章 原位氧化合成空心碳硫復(fù)合物及性能研究
    3.1 引言
    3.2 硫化鋅前驅(qū)體合成及影響因素
        3.2.1 反應(yīng)物種類的影響
        3.2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響
        3.2.3 反應(yīng)溫度的影響
        3.2.4 反應(yīng)物濃度的影響
    3.3 碳包覆工藝研究
        3.3.1 碳源選擇
        3.3.2 燒結(jié)溫度的影響
    3.4 原位氧化工藝研究
        3.4.1 氧化劑的選擇
        3.4.2 氧化機(jī)理探討
        3.4.3 氧化劑用量的研究
    3.5 碳硫復(fù)合物的硫含量調(diào)控及性能評(píng)價(jià)
        3.5.1 硫含量調(diào)控
        3.5.2 電化學(xué)性能測(cè)試
    3.6 本章小結(jié)
第4章 加強(qiáng)物理固硫的空心碳硫復(fù)合物設(shè)計(jì)合成及性能研究
    4.1 引言
    4.2 簇狀微膠囊結(jié)構(gòu)空心碳硫復(fù)合物的制備及性能研究
        4.2.1 簇狀結(jié)構(gòu)及固硫功能設(shè)計(jì)
        4.2.2 簇狀硫化鋅前驅(qū)體制備及微孔碳包覆
        4.2.3 簇狀微膠囊碳硫復(fù)合物合成及表征
        4.2.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    4.3 紅毛丹狀空心碳硫復(fù)合物的制備及性能研究
        4.3.1 三孔功能分化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.3.2 紅毛丹狀硫化鋅前驅(qū)體制備及微孔碳包覆
        4.3.3 紅毛丹狀碳硫復(fù)合物的合成及表征
        4.3.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
第5章 兼顧化學(xué)吸附的氮摻雜碳硫復(fù)合物的設(shè)計(jì)合成及性能研究
    5.1 引言
    5.2 二維花狀氮摻雜碳硫復(fù)合物的合成及性能研究
        5.2.1 二維氮摻雜碳硫復(fù)合物的合成設(shè)計(jì)
        5.2.2 有機(jī)鐵鹽前驅(qū)體的合成
        5.2.3 二維氮摻雜空心碳硫復(fù)合物的制備及表征
        5.2.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    5.3 三維簇狀氮摻雜空心碳硫復(fù)合物的合成及性能研究
        5.3.1 三維簇狀氮摻雜空心碳硫復(fù)合物的合成設(shè)計(jì)
        5.3.2 有機(jī)鋅源的選擇及微孔碳包覆
        5.3.3 三維簇狀氮摻雜碳硫復(fù)合物的制備及表征
        5.3.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    5.4 本章小結(jié)
18O₄₉@S@PPY的設(shè)計(jì)合成及性能研究">第6章 雙效固硫W₁₈O₄₉@S@PPY的設(shè)計(jì)合成及性能研究
    6.1 引言
    6.2 氧化鎢載體的合成及吸附性能
        6.2.1 極性化合物吸附性能考察
18O₄₉的可控制備及物理表征">        6.2.2 W₁₈O₄₉的可控制備及物理表征
18O₄₉的吸附效果及機(jī)理研究">        6.2.3 W₁₈O₄₉的吸附效果及機(jī)理研究
    6.3 氧化鎢/硫復(fù)合材料的合成及表征
18O₄₉@S的合成及物理表征">        6.3.1 W₁₈O₄₉@S的合成及物理表征
18O₄₉@S@PPy的合成及雙效固硫功能設(shè)計(jì)">        6.3.2 W₁₈O₄₉@S@PPy的合成及雙效固硫功能設(shè)計(jì)
    6.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點(diǎn)
展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3149049