鋰硫電池具有能量密度高與原料成本低等優(yōu)勢(shì),是非常具有潛力的下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是鋰硫電池的電極活性物質(zhì)導(dǎo)電性差且存在嚴(yán)重的“穿梭效應(yīng)”,因此鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性較差,難以滿足大規(guī)模商業(yè)化的要求。本文基于碳材料的高孔隙率、高比表面積以及高導(dǎo)電性等優(yōu)勢(shì),通過化學(xué)組分的導(dǎo)入、孔道結(jié)構(gòu)的調(diào)控與碳骨架三維結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以優(yōu)化電極的電化學(xué)性能,研究孔道結(jié)構(gòu)、碳骨架三維結(jié)構(gòu)以及碳骨架其他化學(xué)組分對(duì)硫電極電化學(xué)活性的影響規(guī)律。利用碘修飾能有效提升硫/碳復(fù)合材料的倍率下性能。一方面,單質(zhì)碘在首次放電的過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袖囯x子傳輸能力的固態(tài)電解質(zhì)碘化鋰,能有效的改善硫電極的鋰離子輸運(yùn)狀況,同時(shí)由于鋰硫電池的充放電區(qū)間低于碘化鋰的氧化電位,故首次放電過程電化學(xué)原位產(chǎn)生的碘化鋰會(huì)穩(wěn)定存在于鋰硫電池后期的循環(huán)過程中而改善鋰硫電池的鋰離子輸運(yùn)狀況;另一方面,在材料合成過程中,碘能夠摻入碳材料之中,形成碘摻雜碳材料而提高碳材料的電子導(dǎo)電性。而鋰離子與電子的良好傳輸是保證電化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵,因此碘修飾能夠有效的提升硫電極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程。在硫含量達(dá)到75%（碘含量為5%）時(shí),電流密度為3 C的高功率下循環(huán)100次之后,可逆比容... 

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

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

鋰硫電池的首次充放電曲線

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文廣泛[30,33]。2002 年，Wang 等[34]在 200 ℃下將硫融化后注入到活性碳的孔道內(nèi)，得到的硫/碳復(fù)合材料具備較高的電化學(xué)活性。2009 年，加拿大滑鐵盧大學(xué) Nazar研究小組[35]通過納米澆注法獲得了孔徑為 3～4nm 的有序介孔碳材料 CMK-3，在155 ℃下，將單質(zhì)硫熔融后通過毛細(xì)力吸附到 CMK-3 材料的有序介孔孔道內(nèi)部制備了 CMK-3/C 復(fù)合材料，最后使用聚乙二醇對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行包覆，獲得到了電化學(xué)性能優(yōu)異的硫正極復(fù)合材料。其首次放電比容量達(dá)到 1320mAh/g，20 次循環(huán)后的放電比容量仍可保持在 1100mAh/g。電化學(xué)性能提升的原因主要在于，CMK-3/C復(fù)合材料中單質(zhì)硫被束縛在介孔內(nèi)部，高比表面積的 CMK-3 介孔碳有效的改善了硫的導(dǎo)電性差的問題，同時(shí)孔道結(jié)構(gòu)有利于物理限制可溶多硫離子的溶出，且合適的硫碳配比可以為循環(huán)過程中產(chǎn)物的體積膨脹預(yù)留空間。以 CMK-3 有序介孔碳材料為代表的硫碳復(fù)合電極的報(bào)道，引發(fā)研究者們?cè)O(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)異的碳材料應(yīng)用于鋰硫電池[36]。

第 1 章 緒論元環(huán)晶體結(jié)構(gòu)的直徑（約 0.7nm），因此硫在多孔碳內(nèi)不能以環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形式存在，而是以短鏈分子的形式被限制在多孔碳內(nèi)。這些被限制的短鏈硫分子與碳的內(nèi)壁具有非常強(qiáng)的相互作用，充放電曲線和循環(huán)伏安測(cè)試均表明該方案消除了常規(guī)鋰硫電池 S8到 S42-的液相反應(yīng)過程，硫電極中中間產(chǎn)物多硫化鋰（(Li2Sn,n=4-8)）向電解液溶出的問題得到有效解決，微孔碳/硫復(fù)合材料的首次放電比容量接近于單質(zhì)硫理論比容量，達(dá)到了 1670 mAh/g，200 次循環(huán)后可逆比容量仍能穩(wěn)定在 114mAh/g。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3631313