鋰硫電池因為具有較高的能量密度(2600 Wh kg^-1)、高的理論比容量(1675mA h g^-1)、環(huán)境友好以及硫資源豐富等優(yōu)點,被視為下一代最有前景的儲能體系之一。然而,與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,鋰硫電池的電化學(xué)反應(yīng)過程不僅涉及了少量的鋰離子的嵌入/脫嵌,而且更多地涉及到多步復(fù)雜的物相演變過程（S?LiPSs（Li₂S_x,2<x≤8）?Li₂S/Li₂S₂）。因而,鋰硫電池在實際的應(yīng)用過程中還存在一些迫切需要解決的問題,主要包括:多硫化鋰的穿梭效應(yīng)導(dǎo)致的活性物質(zhì)硫的不可逆損失、電池的循環(huán)穩(wěn)定性下降和硫單質(zhì)本身導(dǎo)電率低造成的緩慢電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程、硫的利用效率降低等。針對上述存在的問題,合理地選擇載硫基質(zhì)材料和設(shè)計載硫基質(zhì)的結(jié)構(gòu),對有效抑制多硫化鋰的穿梭、加速電化學(xué)反應(yīng)過程、提升電池的容量和循環(huán)壽命具有重要的意義。在過去的二十年內(nèi),石墨烯材料因具有優(yōu)異的機(jī)械性、高的導(dǎo)電性和高的比表面積,成為了能源領(lǐng)域的研究熱點,在鋰硫電池上... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰硫電池充放電原理示意圖[1]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文自組裝石墨烯纖維復(fù)合二硫化鎢用于鋰硫電池正極的研究7米鋰，來解決上述的問題。此外，還可用非鋰金屬（如硫化鋰Li2S等）來替代金屬鋰，以提高鋰硫電池的穩(wěn)定性和安全性能。1.2.4鋰硫電池正極材料的研究進(jìn)展尋求有效的載硫基質(zhì)材料和設(shè)計合理的載硫基質(zhì)結(jié)構(gòu)，一直以來都是鋰硫電池正極的熱點。利用不同材料的不同性質(zhì)，如導(dǎo)電性、吸附性和催化性等，構(gòu)造合理的結(jié)構(gòu)來提升鋰硫電池的性能。本節(jié)我們主要綜述當(dāng)前鋰硫電池正極材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些研究進(jìn)展，分析各自的優(yōu)點和不足。迄今為止，各式各樣的材料被用作單質(zhì)硫的載體，如圖1-4所示。從固硫的方式來劃分，可簡單地分為物理固硫和化學(xué)固硫兩個大類；從材料本身可以歸納為以下幾個大類：碳材料、金屬氧化物、金屬硫化物、導(dǎo)電聚合物，以及MOF、COF、MXene。（一）碳材料碳材料是目前儲能領(lǐng)域最為常見的基質(zhì)材料。碳材料，因為豐富易得、價格便宜、高的導(dǎo)電率、較高的比表面積、良好的機(jī)械性能、易成型、無毒和強(qiáng)的穩(wěn)定性，也被廣泛的應(yīng)用到鋰硫電池的正極材料中。常見的碳材料主要包括活性炭、碳納米管、碳納米纖維、多孔碳，以及石墨烯等[32-39]。碳材料在鋰硫電池正極上的應(yīng)用研究主要是改善含硫電極的導(dǎo)電性，以及通過物理區(qū)域限制和碳材料的吸附性能來抑制電極中單質(zhì)硫的流失。研究表明，碳材料被作為鋰硫電池的正極載硫基質(zhì)需要滿足三個必要的條件：首先，碳材料需要具有較大的比表面積，為單圖1-3載硫體材料分類

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文自組裝石墨烯纖維復(fù)合二硫化鎢用于鋰硫電池正極的研究21通過電池專用涂刮器，將這些懸濁液均勻的涂在50μm厚的鋁箔收集層上，將涂有懸濁液的鋁箔在真空烘箱中干燥24h，溫度為60°C。隨后，將鋁箔裁剪為直徑為16mm圓形電極片，其中每個電極上硫含量約為2±0.2mg。最后，在充滿氬氣Ar的手套箱中，將準(zhǔn)備好的電極片作為鋰硫電池的正極、鋰金屬片作為電池的負(fù)極、使用Celgard2400鋰電池隔膜分離正負(fù)極和由1Mlithiumbistrifluoromethylsulfonylimide(LiTFSI)溶解到1,3dioxolane/1,2dimethoxyethane(DOL/DME)的二元溶劑中，同時0.1MLiNO3作為添加劑的電解液封裝在電池型號為2032的電池中進(jìn)行電化學(xué)測試。3.3實驗結(jié)果表征及分析為了清晰展現(xiàn)這種微波輔助一步法合成石墨烯纖維結(jié)構(gòu)的合成機(jī)理和合成過程。整個實驗的合成機(jī)理和流程可以被簡單的歸結(jié)為：一副形象化的流程圖、一個動態(tài)卷曲過程和兩個方程式。整個石墨烯纖維結(jié)構(gòu)的合成機(jī)理和合成過程如圖3-1所示：如圖所示，在圖3-1中整個過程可以被區(qū)分為四個步驟：分別為微波輻射、離子力相互作用、還原單質(zhì)納米硫和氧化石墨烯的還原。第一步，首先維持氧化石墨烯平面化的邊緣區(qū)域極性含氧官能團(tuán)經(jīng)過微波輻射處理使得位于邊緣區(qū)域的部分極性含氧官能團(tuán)脫落與氧化石墨烯納米片，這將由于靜電力不平衡作用使平面狀的氧化石墨烯納米片初步發(fā)生褶皺。這個過程將被形象描述為3-2等式；6()→6()+()(3-2)圖3-1石墨烯纖維合成機(jī)理及合成過程流程圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Concrete-like high sulfur content cathodes with enhanced electrochemical performance for lithium-sulfur batteries[J]. Bolan Gan,Kaikai Tang,Yali Chen,Dandan Wang,Na Wang,Wenxian Li,Yong Wang,Hao Liu,Guoxiu Wang.  Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]Graphene/RuO2 nanocrystal composites as sulfur host for lithium-sulfur batteries[J]. Jian-Qiu Huang,Jiaqiang Huang,Woon Gie Chong,Jiang Cui,Shanshan Yao,Baoling Huang,Jang-Kyo Kim.  Journal of Energy Chemistry. 2019(08)
[3]世界硫資源及其開發(fā)利用[J]. 鮑榮華,郭小兵.  化肥工業(yè). 2018(02)



本文編號：3227520