【摘要】：隨著化石能源的不斷減少,混合動(dòng)力裝置以及電動(dòng)汽車的日益興起,人們對(duì)儲(chǔ)能電池的能量密度和比容量提出了更高的要求。而鋰硫電池具有高的理論比容量(1675 mA h g~(-1)),以及高的能量密度(2600 W h kg~(-1)),因此被人們?cè)u(píng)價(jià)為最有發(fā)展前景的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)之一。并且硫元素在大自然當(dāng)中儲(chǔ)存豐富(約占地球質(zhì)量的3%),具有低成本、環(huán)境友好、無毒害以及良好的熱動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。但是,鋰硫電池也有一些劣勢(shì)限制了它們?cè)趯?shí)際生活中的應(yīng)用,比如硫單質(zhì)和它的放電反應(yīng)產(chǎn)物(Li_2S和Li_2S_2)的導(dǎo)電性較差。另外,在電池的充放電過程當(dāng)中,正極材料具有較大體積膨脹效應(yīng)(約80%)和多硫化鋰(Li_2S_x,4≤x≤8)的穿梭效應(yīng),這些都嚴(yán)重制約了鋰硫電池的發(fā)展。為了緩解這些問題,人們已經(jīng)提出了很多方法和策略來改進(jìn)正極材料并改善其在鋰硫電池中的電化學(xué)性能。其中,基于離子液體(IL)的合成方法已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了研究,這主要得益于離子液體本身優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性,以及寬的電化學(xué)窗口和結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)等特性。基于此,本論文以IL為輔助,合成出了用于鋰硫電池系統(tǒng)的硫碳正極材料,還對(duì)其物化特征以及電化學(xué)特性進(jìn)行了分析,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下所述:(一)離子液體輔助Pickering乳液制備石墨烯基復(fù)合材料用于鋰硫電池的研究在本章節(jié)中,我們通過簡(jiǎn)便的IL-微乳液法設(shè)計(jì)合成出了多孔碳包覆的石墨烯基納米片M-GN。在Pickering乳液乳化過程中,以氧化石墨烯(GO)為表面活性劑和模板,使用疏水性離子液體[BMIm]FeCl_4為GO的穩(wěn)定劑,并形成穩(wěn)定的乳液環(huán)境。由于帶負(fù)電荷的氧化石墨烯和帶正電荷的陽(yáng)離子1-丁基-3-甲基咪唑(BMIm~+)之間具有強(qiáng)烈的靜電作用,因此有助于形成穩(wěn)定的微乳液體系,另外IL還可促進(jìn)多孔碳層在GO表面的均勻生長(zhǎng)。制備得到S/M-GN正極,在0.1 C下提供1331 mA h g~(-1)的高電容量,在0.5C下循環(huán)100圈后,仍保持757 mA h g~(-1)的可逆容量。(二)高性能碳納米管基一維納米復(fù)合材料用于鋰硫電池的研究本章我們使用離子液體[BMIm]FeCl_4為碳納米管的分散劑,通過與蔗糖水溶液混合形成W/IL體系,在離子液體環(huán)境中熱合成了多孔碳包覆的碳納米管基一維納米復(fù)合材料C@CNT-IL。將制備得到的S/C@CNT-IL復(fù)合正極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試時(shí),在0.1 C的電流密度下提供1188 mA h g~(-1)電容量,在2 C的高電流密度下可以達(dá)到563 mA h g~(-1)的可逆容量。而在0.5 C的電流密度下循環(huán)100圈后,仍保持有610 mA h g~(-1)的高電容量。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB33;TM912

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