本文關(guān)鍵詞：鋰—硫電池用復(fù)合正極材料的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰-硫電池 陰極材料 碳納米管網(wǎng)絡(luò) 恒壓充電

【摘要】：伴隨著先進(jìn)便攜式設(shè)備、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和智能電網(wǎng)等的快速發(fā)展,人們急需一種具有長(zhǎng)循環(huán)壽命和高能量密度的可充電電池。硫單質(zhì)是一種很有前途的陰極材料,其具有約1675mAh g-1的理論比容量和2600Wh kg-1的理論比能量。此外,硫單質(zhì)在自然界中儲(chǔ)藏豐富、價(jià)格低廉且對(duì)環(huán)境友好。這些優(yōu)點(diǎn)使鋰-硫電池成為下一代電源最有希望的候選者。然而,在鋰-硫電池商業(yè)化進(jìn)程中,依然有許多復(fù)雜的問題需要解決,包括低的庫倫效率、低的硫利用率以及在循環(huán)過程中快的容量損失。這些問題是由硫及其放電產(chǎn)物低的電導(dǎo)率以及在電極反應(yīng)過程中生成的聚硫化合物的擴(kuò)散、穿梭效應(yīng)和副反應(yīng)引起的。為了解決這些問題,我們采取一種非常簡(jiǎn)單的方法設(shè)計(jì)和合成了一種新穎的多孔碳基底。采用海藻酸鈉作為碳源并在氬氣的氛圍下煅燒,即可獲得一種分級(jí)多孔碳(HPC)。然后將硫單質(zhì)和預(yù)先合成的HPC混合均勻,在氬氣的保護(hù)下加熱并冷卻至室溫,即可獲得S/HPC的復(fù)合材料。這種硫正極材料表現(xiàn)出很好的電化學(xué)性質(zhì)。通過在充電結(jié)束后加上一步恒壓充電的過程,硫電極反應(yīng)的可逆性得到了進(jìn)一步的提高。在O.1C下循環(huán)50圈后其可逆容量為849.4 mAh g-1,在0.5C下循環(huán)100圈后其可逆容量為673.4 mAh g-1,在1C下循環(huán)200圈后其可逆容量為538 mAh g-1,這些都表明其具有優(yōu)秀的循環(huán)和倍率性能。此外,我們?cè)诜旨?jí)多孔碳中構(gòu)建碳納米管網(wǎng)絡(luò)來提高硫正極的性能。通過對(duì)碳基底進(jìn)行平衡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),不僅能有效地限制陰極中的活性物質(zhì)硫,而且還能為電子的傳輸提供高效和穩(wěn)定的通道,有助于提高陰極的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)的完整性。而且,在充電結(jié)束后加上一步恒壓充電的過程,硫電極反應(yīng)的可逆性得到了進(jìn)一步的提高,從而優(yōu)化了陰極的電化學(xué)性能。受益于我們的方法,硫陰極首圈放電容量高達(dá)1739 mAh g-1,首圈庫倫效率高達(dá)87.5%,并且從第二圈開始其庫倫效率保持在97.5%以上。在0.1C下循環(huán)50圈后其可逆容量為1015 mAh g-1、在1C下循環(huán)200圈后其可逆容量為622 mAh g-1,這些都表明其具有更優(yōu)秀的循環(huán)和倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰-硫電池 陰極材料 碳納米管網(wǎng)絡(luò) 恒壓充電
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 緒論17-32
• 1.1 引言17-18
• 1.2 鋰-硫電池概述18-21
• 1.2.1 鋰-硫電池簡(jiǎn)介18-19
• 1.2.2 鋰-硫電池工作原理19-21
• 1.2.3 鋰-硫電池存在的問題21
• 1.3 鋰-硫電池正極材料研究進(jìn)展21-30
• 1.3.1 無機(jī)材料/硫復(fù)合材料22-23
• 1.3.2 聚合物/硫復(fù)合材料23-25
• 1.3.3 碳材料/硫復(fù)合材料25-30
• 1.3.3.1 碳納米顆粒/硫復(fù)合材料25-26
• 1.3.3.2 一維碳/硫復(fù)合材料26-28
• 1.3.3.3 二維碳/硫復(fù)合材料28-29
• 1.3.3.4 三維碳/硫復(fù)合材料29-30
• 1.4 本論文的研究意義及主要研究?jī)?nèi)容30-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法32-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器32-33
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品32
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器32-33
• 2.2 材料表征的主要設(shè)備33
• 2.3 材料的物理性能表征33-36
• 2.3.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡33-34
• 2.3.2 場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微鏡34
• 2.3.3 X射線衍射分析34
• 2.3.4 拉曼光譜分析34-35
• 2.3.5 熱重分析35
• 2.3.6 X射線光電子能譜分析35
• 2.3.7 比表面積分析35-36
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測(cè)試36-38
• 2.4.1 恒流充放電測(cè)試36
• 2.4.2 倍率測(cè)試36
• 2.4.3 循環(huán)伏安測(cè)試36
• 2.4.4 交流阻抗測(cè)試36-38
• 第三章 硫/分級(jí)多孔碳復(fù)合正極材料的制備及性能研究38-51
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 3.2.1 材料的制備39
• 3.2.2 電池組裝39
• 3.2.3 材料結(jié)構(gòu)形貌表征和電化學(xué)測(cè)試39-40
• 3.3 結(jié)果與討論40-50
• 3.3.1 材料的SEM表征40-42
• 3.3.2 材料的TEM表征42-44
• 3.3.3 材料的熱重分析44
• 3.3.4 材料的XRD和拉曼分析44-46
• 3.3.5 S/HPC的XPS分析46-47
• 3.3.6 電解液對(duì)電化學(xué)性能的影響47
• 3.3.7 充放電曲線和循環(huán)伏安分析47-48
• 3.3.8 材料的循環(huán)性能48-49
• 3.3.9 材料的倍率性能49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 摻雜碳納米管的硫/分級(jí)多孔碳復(fù)合正極材料的制備及性能研究51-69
• 4.1 引言51-52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分52-53
• 4.2.1 材料的制備52
• 4.2.2 電池的組裝52-53
• 4.2.3 結(jié)構(gòu)形貌表征和電化學(xué)測(cè)試53
• 4.3 結(jié)果與討論53-67
• 4.3.1 材料的SEM表征53-55
• 4.3.2 材料的TEM及HRTEM表征55-57
• 4.3.3 材料的XRD和拉曼分析57-59
• 4.3.4 S/(CNT@HPC)的XPS分析59-60
• 4.3.5 材料的BET分析60-61
• 4.3.6 材料的熱重分析61
• 4.3.7 電化學(xué)性能分析61-63
• 4.3.8 循環(huán)伏安分析63-64
• 4.3.9 電化學(xué)阻抗分析64-65
• 4.3.10 循環(huán)性能65-66
• 4.3.11 倍率性能66
• 4.3.12 電極材料的穩(wěn)定性66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 第五章 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況82

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮恒;梯度恒壓充電方式的研究[J];電源技術(shù);1997年05期

2 馮恒;低壓恒壓充電存在的問題與改進(jìn)措施[J];蓄電池;1997年01期

3 吳壽松;技術(shù)工作隨筆(四十二)　低壓恒壓充電技術(shù)之回顧與前瞻[J];蓄電池;1997年04期

4 葉樹根;可調(diào)恒流自動(dòng)恒壓充電器[J];家用電器;1997年12期

5 小昆;具有在線測(cè)量電壓功能的恒壓充電器[J];電子科技;2000年07期

6 曹百里;郭占樂;;礦燈架的恒壓充電裝置[J];陜西煤炭;1983年03期

7 郝錦文;;礦燈恒壓充電裝置[J];煤礦自動(dòng)化;1984年04期

8 福滿;簡(jiǎn)易恒壓充電器[J];家庭電子;2005年04期

9 李廣森;鋅-氧化銀電池恒壓充電的性能研究[J];電源技術(shù);2000年04期

10 王映林;李蓓;;對(duì)鉛酸蓄電池恒流-恒壓充電過程中電流下降時(shí)刻的認(rèn)識(shí)[J];蓄電池;2008年02期

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 上海 虞榮生;實(shí)用鋰電池充電器[N];電子報(bào);2004年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 楊開寧;鋰電池特性與智能管理IC芯片研究[D];電子科技大學(xué);2016年

2 徐大偉;鋰—硫電池用復(fù)合正極材料的制備及性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

3 孔麗麗;基于DSP控制的多級(jí)恒流/恒壓充電裝置研究[D];華中科技大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1006700