本文選題：鋰硫電池　切入點(diǎn)：鋰離子電池　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近年來(lái),隨著能源需求的持續(xù)增加以及人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注,研究者們開(kāi)始致力于研究清潔的可持續(xù)能源來(lái)替代傳統(tǒng)化石燃料。其中,電化學(xué)儲(chǔ)能受到越來(lái)越多的重視。鋰硫電池被認(rèn)為是最有吸引力的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。并且,研究者們認(rèn)為將正極材料硫“束縛”在一定納米結(jié)構(gòu)碳材料從而抑制穿梭效應(yīng)是解決鋰硫電池走向商用的有效途徑之一。此外,作為商用鋰離子電池首選的負(fù)極材料,碳基材料由于容量低和倍率性能差越來(lái)越無(wú)法滿足商業(yè)需求。本文通過(guò)制備多種三維結(jié)構(gòu)碳材料并運(yùn)用到鋰硫電池和鋰離子電池中,提高電池容量和循環(huán)性能。主要完成工作如下：首先,本文使用生物質(zhì)樹(shù)皮作為碳源,通過(guò)簡(jiǎn)單的碳化過(guò)程制備出具有三維復(fù)合結(jié)構(gòu)多孔碳,并且該碳材料還具有528 m2/g的比表面積。在不使用集流體、導(dǎo)電劑和粘合劑的情況下,我們制備了高載硫量的正極片并組裝成鋰硫電池。結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)碳/硫電極在0.2 A/g電密度流下首次放電容量能達(dá)到1159 mAh/g。即使循環(huán)60次后,容量依然能達(dá)到608 mAh/g,并且?guī)靷愋矢哂?8%,優(yōu)于大孔被破壞后的電極達(dá)到的容量410 mAh/g。其次,本文使用三聚氰胺作為碳源,乙酸鈷作為固相模板,一步法固相合成原位氮摻雜中空碳納米微球(N-PHC),并且該中空球同時(shí)擁有微孔和介孔結(jié)構(gòu)。我們將該材料通過(guò)熱熔法與硫復(fù)合制備電極組裝成鋰硫電池,并進(jìn)行表征與測(cè)試。結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)碳材料能很好吸附硫及其中間產(chǎn)物,從而有效提高鋰硫電池的容量和循環(huán)性能。N-PHC/S復(fù)合材料在0.5放電倍率下首次容量能達(dá)到1164 mAh/g,150周循環(huán)后容量仍然保持在615 mAh/g,容量每周衰減僅為0.35%。最后,我們使用鈦酸四丁酯作為交聯(lián)劑,三聚氰胺為碳源,固相合成富氮碳鈦混合物。該復(fù)合碳材料具有三維孔結(jié)構(gòu),提供穩(wěn)定的鋰離子快速傳輸通道。電化學(xué)測(cè)試表明,富氮碳鈦復(fù)合材料即使在大電流2 A/g充放電條件下,首次容量能依然能達(dá)到523.3 mAh/g,超過(guò)商用石墨的理論容量。同時(shí)該材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的高倍率性能和循環(huán)性能。
[Abstract]:In recent years, with the increasing demand for energy and environmental concerns, researchers have been working on clean and sustainable energy to replace traditional fossil fuels. Electrochemical energy storage has attracted more and more attention. Lithium-sulfur batteries are considered to be one of the most attractive next-generation electrochemical energy storage systems. The researchers believe that "binding" the positive material sulfur to a certain nanostructured carbon material to suppress the shuttle effect is one of the effective ways to solve the commercial lithium-sulfur battery. In addition, as the preferred anode material for commercial lithium-ion batteries, Because of its low capacity and poor performance, carbon based materials can not meet the commercial needs. In this paper, a variety of three-dimensional carbon materials were prepared and applied to lithium sulfur batteries and lithium ion batteries. The main work is as follows: firstly, using biomass bark as carbon source, porous carbon with three-dimensional composite structure was prepared by simple carbonization process. And the carbon material also has a specific surface area of 528 m2 / g. Without the use of fluids, conductors and binders, we have prepared positive plates with high sulfur loading and assembled them into lithium sulfur batteries. The initial discharge capacity of the structure carbon / sulfur electrode can reach 1159 mAh/ g at 0.2 A / g electric density. Even after 60 cycles, the discharge capacity can reach 608 mAh-g. and the Coulomb efficiency is higher than 98%, which is superior to the capacity of 410 mAhg. after the macroporous electrode has been destroyed. Melamine was used as carbon source and cobalt acetate as solid template. In situ nitrogen-doped hollow carbon nanospheres N-PHCO were synthesized by a one-step solid-phase method, and the hollow spheres have both microporous and mesoporous structures. The results show that the structure carbon material can adsorb sulfur and its intermediate products well. Thus effectively improving the capacity and cycling performance of the lithium-sulfur battery. The first capacity of the N-PHC-S composite at 0.5 discharge rate can reach 1164 mAhs / g after 150 cycles, and the capacity remains at 615 mg / g, and the capacity attenuation is only 0.35% per week. We used tetrabutyl titanate as crosslinking agent and melamine as carbon source to synthesize nitrogen-rich carbon titanium mixture in solid phase. The composite carbon material has a three-dimensional pore structure and provides a stable lithium ion fast transport channel. The initial capacity energy of nitrogen-rich carbon titanium composite is 523.3 mg / g, which is higher than the theoretical capacity of commercial graphite, even under the condition of high current 2 A / g charge / discharge, and the material also shows excellent performance of high rate and cycle.
【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

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本文編號(hào)：1571131