鋰硫（Li-S）電池由于其能量密度高、成本低而受到研究者的高度關(guān)注。然而,由于活性硫電導率極低和多硫化合物的“穿梭效應”,限制了鋰硫電池的進一步發(fā)展。研究者普遍認為,具有高導電率的多孔碳可以在一定程度上緩解中間產(chǎn)物的穿梭,提高單質(zhì)硫的利用率。因此,本文嘗試采用氫氧化鉀活化高粱米制備多孔碳材料（SPC）,研究炭化溫度、活化溫度和堿炭比對多孔碳孔結(jié)構(gòu)的影響。采用熔融擴散法將單質(zhì)硫植入多孔碳,構(gòu)建多孔碳/硫復合正極（SPC/S）,并考察載硫量和孔結(jié)構(gòu)對電池循環(huán)性能的影響。同時,分別采用三聚氰胺和氯化鎳對SPC進行氮元素與金屬鎳摻雜,并分別構(gòu)筑兩種復合正極,最后研究這兩種復合電極電化學性能。主要研究結(jié)果如下:工藝優(yōu)化發(fā)現(xiàn),當炭化溫度為400℃,活化溫度為700℃,堿炭比為1:4時SPC具有較大的比表面積（759.134m²/g）與總孔容（0.482cm³/g）。當載硫量為53%時,SPC/S復合電極表現(xiàn)出最佳的循環(huán)性能,具體為:SPC/S復合電極在電流密度為0.1C時,首圈放電比容量達660.4m Ah/g,循環(huán)50圈后比容量降至361.5m Ah/... 

【文章來源】：遼寧科技大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Li-S電池的放電-充電曲線：區(qū)域①固體硫轉(zhuǎn)化為可溶性多硫化物；②多硫化物轉(zhuǎn)化成固體Li2S2；③固體Li2S2轉(zhuǎn)化為固體Li2S[7]

遼寧科技大學碩士學位論文3圖1.2各種可充電電池系統(tǒng)的理論能量密度比較圖[12]Fig.1.2Schematiccomparisonofthetheoreticalenergydensitiesofvariousrechargeablebatterysystems[12]Li-S電池面臨的挑戰(zhàn)如圖1.3所示[13]，影響其電化學性能的主要因素是硫和放電過程中的最終產(chǎn)物Li2S2和Li2S是不導電的，這使電池循環(huán)性變差；循環(huán)過程中的“穿梭效應”；中間產(chǎn)物多硫化物通過隔膜在鋰負極形成不溶性的Li2S，Li2S附著在負極表面，導致負極鈍化以及在放電過程中硫會發(fā)生體積變形導致電池的容量快速衰減，具體解釋如下：圖1.3鋰電池面臨的挑戰(zhàn)示意圖[13]Fig.1.3SchematicofthechallengesfacedbyLi-Sbatteries[13]（1）硫的絕緣性質(zhì)首先，硫和其最終放電產(chǎn)物Li2S2和Li2S的電導率十分低（硫的電導率為5×10-30S/cm）[14]。這些被認為是絕緣材料，這使能量密度降低，也會使活性材料的利用率降低，從而導致循環(huán)性能變差。因此，有必要添加適量的導電劑，將其與活性物質(zhì)充分且均勻地混合，以確保電子的順利傳輸，使電極反應動力

遼寧科技大學碩士學位論文3圖1.2各種可充電電池系統(tǒng)的理論能量密度比較圖[12]Fig.1.2Schematiccomparisonofthetheoreticalenergydensitiesofvariousrechargeablebatterysystems[12]Li-S電池面臨的挑戰(zhàn)如圖1.3所示[13]，影響其電化學性能的主要因素是硫和放電過程中的最終產(chǎn)物Li2S2和Li2S是不導電的，這使電池循環(huán)性變差；循環(huán)過程中的“穿梭效應”；中間產(chǎn)物多硫化物通過隔膜在鋰負極形成不溶性的Li2S，Li2S附著在負極表面，導致負極鈍化以及在放電過程中硫會發(fā)生體積變形導致電池的容量快速衰減，具體解釋如下：圖1.3鋰電池面臨的挑戰(zhàn)示意圖[13]Fig.1.3SchematicofthechallengesfacedbyLi-Sbatteries[13]（1）硫的絕緣性質(zhì)首先，硫和其最終放電產(chǎn)物Li2S2和Li2S的電導率十分低（硫的電導率為5×10-30S/cm）[14]。這些被認為是絕緣材料，這使能量密度降低，也會使活性材料的利用率降低，從而導致循環(huán)性能變差。因此，有必要添加適量的導電劑，將其與活性物質(zhì)充分且均勻地混合，以確保電子的順利傳輸，使電極反應動力

【參考文獻】：
期刊論文
[1]蛋白質(zhì)制備鋰硫電池正極材料的研究[J]. 王奕文,徐紅,盧曼.  山東化工. 2018(24)
[2]氮摻雜介孔碳/硫復合材料的制備及其用作鋰硫電池正極材料的研究[J]. 蔡周陽,李玉姣,林山,蔡玉榮.  浙江理工大學學報(自然科學版). 2018(05)
[3]不同生物炭材料的制備及其在Li-S電池中的應用（英文）[J]. 李君濤,吳嬌紅,張濤,黃令.  物理化學學報. 2017(05)

博士論文
[1]鋰硫電池多維度碳基復合正極材料的構(gòu)建及電化學性能研究[D]. 鐘宇.浙江大學 2019
[2]摻雜型碳材料抑制鋰硫電池穿梭效應的研究[D]. 蔡文龍.中國科學技術(shù)大學 2019
[3]高穩(wěn)定性硫正極材料的設(shè)計合成及其電化學性能研究[D]. 何斌.大連理工大學 2018
[4]多孔碳的制備、載硫及其復合物的電化學性能研究[D]. 于法祺.山東大學 2018

碩士論文
[1]氮摻雜多級孔碳材料的合成及其在鋰硫電池中的應用[D]. 李亞波.武漢理工大學 2018



本文編號：3308830