【摘要】：經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,傳統(tǒng)的脫/嵌型鋰離子電池在能量密度方面,幾乎已經(jīng)達(dá)到了它的理論極限值,但是仍然不能滿足高速發(fā)展的電子工業(yè)和新興的電動(dòng)汽車等行業(yè)的要求,尋找具有更高能量密度的電池系統(tǒng)迫在眉睫。鋰硫電池其理論能量密度高達(dá)2600 Wh·kg-1,且成本低廉、環(huán)境友好。有望成為替代鋰離子電池的新一代二次電池。但是鋰硫電池存在單質(zhì)硫的絕緣性、充放電過(guò)程中體積膨脹、容量衰減等問(wèn)題,這些關(guān)鍵問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了鋰硫電池的實(shí)用化。圍繞硫電極存在的關(guān)鍵問(wèn)題.本論文以發(fā)展高性能硫正極為目的,制備出了具有特殊納米結(jié)構(gòu)的多孔炭材料作為硫的載體,得到炭-硫復(fù)合正極材料,改善鋰硫電池的性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:1.通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備出具有大比表面積和豐富貫通孔道的聚合物多孔炭(PPC500)。負(fù)載硫之后得到含硫量為75 wt%的復(fù)合正極材料SPPC500,單質(zhì)硫在SPPC500體系中分散均勻。但化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明SPPC500正極具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在0.2C倍率下,首次放電比容量高達(dá)1397.3 mAhg-1,達(dá)到理論容量的83.4%。在0.5C下循環(huán)超過(guò)1000圈,平均衰減率為0.074%。2.采用簡(jiǎn)單地聚合反應(yīng)的方法制備了氮原子雜化的聚合物多孔炭(NPPC),隨后通過(guò)熔融擴(kuò)散的方法得到復(fù)合材料SNPPC。合適的氮含量(4.06 wt%)能夠有效地改善載體材料的導(dǎo)電性,同時(shí)氮原子的存在可以增強(qiáng)聚合物多孔炭表面對(duì)聚硫離子的吸附作用,從而有效抑制多硫化的溶解擴(kuò)散。含硫量為72 wt%的SNPPC,在0.5C下循環(huán)超過(guò)600圈,每圈平均衰減率僅為0.06%;倍率測(cè)試表明,即使在2C倍率下,放電比容量仍然保持有547.9 mAh·g-1,當(dāng)返回到0.1C時(shí),放電比容量回到732.0mAh·g-1。這表明SNPPC具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。
[Abstract]:After more than 20 years of development, the energy density of the traditional desorption / embedded lithium ion batteries has almost reached its theoretical limit, but it still can not meet the requirements of the high-speed development of the electronics industry and the emerging electric vehicle industry. It is urgent to find a battery system with higher energy density. The theoretical energy density of lithium-sulfur battery is as high as 2600 Wh kg-1, low cost and environmentally friendly. It is expected to be a new generation of secondary battery instead of lithium ion battery. However, there are some problems in lithium sulfur battery, such as the insulation of simple sulfur, volume expansion and capacity attenuation during charge and discharge, which seriously hinder the application of lithium sulfur battery. The key problems around sulfur electrode. In order to develop the high performance sulfur positive electrode, the porous carbon material with special nanostructure was prepared as the carrier of sulfur in this paper, and the carbon sulfur composite cathode material was obtained to improve the performance of lithium sulfur battery. The main contents and results are as follows: 1. Polymer porous carbon (PPC500) with large specific surface area and abundant perforated channels was prepared by a simple method. After the sulfur was loaded, the compound cathode material, SPPC500, with sulfur content of 75 wt%, was dispersed uniformly in the SPPC500 system. But the chemical test results show that the SPPC500 positive electrode has good rate performance and cycle stability. At the rate of 0.2C, the first discharge specific capacity is up to 1397.3 mAhg-1, and reaches 83.4% of the theoretical capacity. The average attenuation rate is 0.074. 2 at 0.5 C when the cycle is over 1000 laps. The nitrogen atom hybrid polymer porous carbon (NPPC),) was prepared by a simple polymerization method, and then the composite SNPPC. was obtained by melt diffusion method. The proper nitrogen content (4.06 wt%) can effectively improve the conductivity of the carrier material, and the presence of nitrogen atom can enhance the adsorption of polysulfide ions on the porous carbon surface of the polymer, thus effectively inhibit the solubilization and diffusion of polysulfide. The SNPPC, with 72 wt% sulfur content circulates more than 600 cycles at 0.5C, and the average attenuation rate per cycle is only 0.06. The specific discharge capacity is still 547.9 mAh g-1 even at 2C rate, and when returned to 0.1C, the discharge specific capacity returns to 732.0mAh g-1. This shows that SNPPC has good cycling performance and rate performance.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912

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