隨著電動汽車和電子移動設(shè)備的迅猛發(fā)展,電子市場對儲能系統(tǒng)的化學(xué)電源性能提出了更高的要求,尤其是更高容量和能量密度的下一代電池。為了實現(xiàn)現(xiàn)代電池的比能量密度的巨大突破,需要開發(fā)高存儲容量的新型電極材料。在過去的幾年中,已經(jīng)對開發(fā)這種高容量電極材料進(jìn)行了廣泛的研究。在具有高能量存儲的下一代電池系統(tǒng)中,鋰硫（Li-S）電池被認(rèn)為非常具有吸引力和潛力。硫元素具有1673 mAh/g的高理論容量和2600 Wh/kg的能量密度。這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰離子電池中的常規(guī)正極材料（容量為250 mAh/g和能量密度為400 Wh/kg）。此外,硫還具有許多其他有利特性,包括儲量廣,低毒性,環(huán)境友好和低成本。但是,活性物質(zhì)的低導(dǎo)電性,體積膨脹,較強(qiáng)的穿梭效應(yīng)及負(fù)極鋰枝晶的生長等系列問題都在嚴(yán)重影響了電池的充放電效率,降低電池性能,阻礙其商業(yè)化進(jìn)程。本論文針對鋰硫電池的夾層進(jìn)行改性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,從而改善其性能。利用真空抽濾等傳統(tǒng)工藝將多壁碳納米管（MWCNTs）或者三維碳材料和各類纖維素混合制成三維多孔碳纖維紙,以其為基質(zhì)載體,涂覆三（2-羧乙基）膦（TCEP）,或者打開多壁碳納米管兩端口,添加羥基官能團(tuán),以此作為... 

【文章來源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２穿梭效應(yīng)原理圖??

?第１章緒論???為了使鋰硫電池進(jìn)一步滿足電池商業(yè)化產(chǎn)能，必須對其比容量進(jìn)行提高。??研宄人員將二維碳材料應(yīng)用于正極材料中，研宄其對鋰硫電池的改性。石墨烯??是典型的二維碳材料，因其具有超高的比表面積和良好的機(jī)械性能，而被用于??改善鋰硫電池的電化學(xué)性能。??／??１?１??圖１．４石墨稀材料應(yīng)用鋰硫電池示意圖??如圖１．４所示，Ｚｈｅｎｇ等［６１］將氧化石墨烯（ＧＯ）作為多孔導(dǎo)電支架以提高??單質(zhì)硫的承載量，ＧＯ溶液中放入多硫化鈉和甲酸，活性硫和鋰多硫化物因其與??ＧＯ之間的強(qiáng)作用力而被錨定在ＧＯ表面的活性官能團(tuán)上，在Ｃ／１０電流密度下??放電，初始容量可達(dá)１０００?ｍＡｈ／ｇ，經(jīng)過５０次循環(huán)后依舊維持可逆容量９５４??ｍＡｈ／ｇ，展現(xiàn)出超低的衰減率。石墨烯不僅具有良好的導(dǎo)電性，還具有優(yōu)異的成??膜性，可作為無粘接劑的自支撐電極優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，以提高對活性物質(zhì)硫的承??載量。Ｚｈａｎｇ等［６２］為了制備新型的Ｇ／ＳＷＣＮＴ雜化材料，將層狀雙氫氧化物??（ＬＤＨ）進(jìn)行９５０?°Ｃ高溫催化生長。熱穩(wěn)定的鐵納米顆粒和均勻的ＬＤＨ薄片結(jié)??構(gòu)是同時催化沉積石墨烯和石墨烯的關(guān)鍵。石墨烯與石墨烯之間的熱傳導(dǎo)連接，??以及ＳＷＣＮＴｓ與石墨稀之間的熱傳導(dǎo)連接，促進(jìn)了高導(dǎo)電通路的構(gòu)建，而石墨??烯的層間具有足夠的空間以保證硫磺的儲存和緩解硫體積膨脹以免造成結(jié)構(gòu)破??壞。在５?Ｃ電流密度的沖擊下，循環(huán)充放電１００次后，仍然保持約６５０?ｍＡｈ／ｇ的??可逆比容量。??１．３．２硫－金屬化合物復(fù)合材料??單純納米碳材料的共軛非極性碳平面強(qiáng)錨定極性分子的位置有限，為了提??６??

，使復(fù)合材料具有豐富的界面，電子和鋰離子可以與活性硫發(fā)生多電子轉(zhuǎn)??換反應(yīng)。同時，金屬氧化物不溶于大多有機(jī)溶液，良好的導(dǎo)電性為離子和電子??提供順暢導(dǎo)電通道。??研究人員對不同形貌的納米二氧化鈦（Ｔｉ０２）作為正極材料的基質(zhì)主體進(jìn)行??了系列研究，如介孔中空二氧化鈦球二氧化鈦納米纖維［６４］、納米粒子［６５］以??及納米管岡等。Ｃｕｉ等研宄鋰電池硫陰極的硫非晶－丁丨０２蛋黃核蛋殼結(jié)構(gòu)。通??過在含少量聚乙烯吡咯烷酮表面活性劑的膠態(tài)硫懸浮液中水解雙乙酰丙酮鈦，??制備了核殼納米結(jié)構(gòu)（圖１．５）。再將核殼粒子中融入甲苯溶解的活性硫，生成??蛋黃核殼Ｓ－Ｔｉ０２納米粒子。在０．５?Ｃ時，初始比容為１０３０?ｍＡｈ／ｇ，在１０００個循??環(huán)中，庫倫效率為９８．４％，在１０００個循環(huán)后，容量衰減率為０．０３３％。得益于該??獨特的空間結(jié)構(gòu)有效緩解活性物質(zhì)硫的體積密度膨脹，以及小孔徑的二氧化鈦??在最大程度上阻礙了多硫化物的溶解擴(kuò)散，提高了多硫化物的吸附率，降低了??電解液濃度進(jìn)而減少內(nèi)部阻抗。親水的Ｔｉ０２基團(tuán)和二氧化鈦表面的羥基都被認(rèn)??為與多硫陰離子結(jié)合良好。??Ｐａ＿ｓ??ｆ?Ｓｕｌｐｈｕｒ?ｊ?■?Ｓｕｌｐｈｕｒ?■?＾?＼?■??」ｃｏａｔｉｎｇ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ??圖１．５蛋黃核殼結(jié)構(gòu)的Ｓ－ＴｉＣｈ結(jié)構(gòu)圖??Ｍｎ０２因表面具備豐富的結(jié)合位點氧空位而被廣泛應(yīng)用于鋰硫電池中作為??宿主硫材料。Ｚｈａｏ等＿首先設(shè)計了一個高效的Ｓ－Ｍｎ〇２鋰電池。通過氧化還原??法對Ｓ和Ｍｎ０２進(jìn)行合成Ｓ－ＭｎＣｂ復(fù)合材料，在硫表面包覆薄薄的Ｍｎ０２層（＜１００??ｎｍ），從而得到Ｓ／Ｍｎ０２納米復(fù)合材料（含７５％硫），在Ｃ／２０

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池負(fù)極硅碳復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 魯豪祺,林少雄,陳偉倫,劉巧云,羅昱,張五星.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2018(04)
[2]鋰硫電池復(fù)合硫正極中客體材料與多硫化物的相互作用[J]. 唐曉楠,孫振華,陳克,楊慧聰,禚淑萍,李峰.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2017(03)



本文編號：3579623