本文關(guān)鍵詞：高性能鋰硫電池正極材料制備和研究　出處：《上海大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：進入新世紀以來�；瘜W(xué)電源與能源的關(guān)系越來越密切,面對日益加重的能源危機,如何研究可持續(xù)的清潔能源成為現(xiàn)今社會最受關(guān)注的話題之一。鋰電池由于其具備高能量密度且性能優(yōu)越等特點,近年來受到了廣泛關(guān)注。在各式各樣的鋰電池中,鋰硫電池作為質(zhì)量比能量和體積比能量最高的固態(tài)電極材料體系,因此受到全世界范圍內(nèi)的廣泛青睞,并將其視為下一代鋰電池發(fā)展方向。但是,由于鋰硫電池中正極硫存在導(dǎo)電性差,體積膨脹,中間態(tài)多硫離子穿梭等問題,同時金屬鋰負極的使用對于電池安全性也是很大的隱患,因此鋰硫電池的工作還是停留在實驗室階段。為此,本文從改進含硫正極的角度去制備正極材料,主要開展以下研究工作:其一,以硫化促進劑來提升硫-聚丙烯腈(PAN-S)復(fù)合材料中的載硫量。實驗中在聚丙烯腈和單質(zhì)硫高溫反應(yīng)過程中引入硫化促進劑,為聚丙烯腈的硫化提供更多的反應(yīng)位點,從而提升正極材料的含硫量。表征和測試數(shù)據(jù)表明:用此硫化促進劑可以使得正極材料中的含硫量提升8wt%左右,對應(yīng)的容量提升為120mAh/g(基于整個電極材料),含有硫化促進劑的正極材料其在0.25C電流密度下進行充放電測試,首放容量為628mAh/g(基于整個電極材料),在經(jīng)歷200次循環(huán)后,相當(dāng)于第二次的放電容量并沒有明顯衰減。其二,在第一部分的工作基礎(chǔ)上,我們繼續(xù)提升硫-聚丙烯腈復(fù)合材料的含硫量,但是含硫量升高造成的直接后果就是長鏈硫和電解液的不兼容現(xiàn)象,因此我們通過使用電解液添加劑來修飾正極材料,避免電極材料和電解液的過多接觸,從而提升電池的循環(huán)性能。表征和測試數(shù)據(jù)表明相對于不含有添加劑的電解液,有添加劑的電池展示出更好的循環(huán)穩(wěn)定性,其中1wt%的添加量使得電池在0.25C電流下首次放電容量為836mAh/g(基于整個電極材料),且在100次循環(huán)后容量仍有520mAh/g(基于整個電極材料)。其三,以溶液交換法制備出含氮碳材料(NRC)包裹的超細的硫化鋰納米顆粒,實驗中利用硫化鋰在乙醇中的溶解度大于其在二甲基吡咯烷酮中的溶解度這一特性,通過揮發(fā)溶劑來制備聚合物包裹的大約5nm的納米硫化鋰顆粒,繼而高溫碳化制備出含氮碳材料包裹的納米硫化鋰復(fù)合材料。該材料在0.25C的倍率下循環(huán)1000次,每一圈的容量衰減只有0.046%。完美的富氮的碳材料包覆和納米尺寸效應(yīng)對于電池性能的提升起到了至關(guān)重要的作用。本文分別設(shè)計并合成了PAN-S、Nano Li2S@NRC兩種種復(fù)合材料,從其設(shè)計思路、合成方法這兩個方向進行了研究討論,并對其物理和化學(xué)性質(zhì)進行了表征。通過將其組裝成紐扣電池,利用交流阻抗、循環(huán)伏安和充放電循環(huán)測試等各種電化學(xué)測試對材料性能進行了綜合評價。結(jié)果表明:上述策略均在不同程度上提升了鋰硫電池的性能,為后期鋰硫電池材料的制備和產(chǎn)業(yè)化提供良好的參考。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912

【參考文獻】

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1 辛森;郭玉國;萬立駿;;高能量密度鋰二次電池電極材料研究進展[J];中國科學(xué):化學(xué);2011年08期

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本文編號：1331543