發(fā)布時間：2020-04-08 06:58

【摘要】：鋁離子二次電池(RAB)具有理論比容量高(2980 Ah kg~(-1))、安全性高、成本低和鋁資源十分豐富(鋁在地殼中含量為8%)的優(yōu)點,是新一代大規(guī)模電網(wǎng)儲能器件的理想候選者。目前鋁離子二次電池的發(fā)展尚處于起步階段,開發(fā)具有高容量和長期穩(wěn)定性的合適的新型正極材料,是改善鋁離子電池電化學(xué)性能及其實際應(yīng)用的關(guān)鍵。為此,本課題合成了三種硫化鈷材料,之后以不同方式制備了兩種硫化鈷與碳納米管(CNT)的復(fù)合材料,并研究了其在鋁離子電池中的電化學(xué)性能。首先,本文通過簡單的一步水熱法或溶劑熱法合成出CoS_2,Co_9S_8和CoS硫化鈷材料。XRD和SEM表明產(chǎn)物純度較高,結(jié)晶良好,顆粒完整,形貌多樣化。三種硫化鈷材料作為鋁離子電池正極時,皆呈現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。而且隨著循環(huán)次數(shù)的增加,放電比容量和放電電壓平臺等性能表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。其中,在200 mA g~(-1)電流密度下,CoS_2材料初始放電比容量為17 mAh g~(-1),300圈時放電比容量升至89 mAh g~(-1);Co_9S_8材料可在保持60 mAh g~(-1)(200 mA g~(-1))以上放電比容量的情況下連續(xù)循環(huán)約600圈;CoS材料在300 mA g~(-1)電流密度下具有高達(dá)~110 mAh g~(-1)的比容量。電化學(xué)分析表明,正極材料經(jīng)歷了鋁離子嵌入的還原過程和鋁離子脫嵌的氧化過程,可逆性良好;活性離子在正極材料內(nèi)部的固相擴(kuò)散過程是限制電極反應(yīng)動力學(xué)的控制步驟。其次,本論文通過機(jī)械復(fù)合和原位生長的方法分別制備了具有獨立自支撐結(jié)構(gòu)的CoS_2/CNT和CoS_2@CNT材料,并測試了其在鋁離子電池中的電化學(xué)性能。結(jié)果表明,CoS_2@CNT具有優(yōu)異的倍率性能和放電循環(huán)性能。在200 mA g~(-1)的電流密度下,放電電壓平臺為0.9 V,150次循環(huán)后放電比容量達(dá)到160 mAh g~(-1),高于CoS_2/CNT,是同條件下CoS_2材料的2倍。在300 mA g~(-1)電流密度下,CoS_2@CNT表現(xiàn)出高達(dá)200 mAh g~(-1)的放電比容量。電化學(xué)交流阻抗測試表明,相對于機(jī)械復(fù)合法,原位生長方法制備的CoS_2@CNT復(fù)合材料具有更小的電池內(nèi)阻和更高的導(dǎo)電性。碳納米管和活性物質(zhì)間良好的結(jié)合力和碳納米管較佳的電子傳導(dǎo)能力賦予復(fù)合材料更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。總之,硫化鈷材料是極具開發(fā)和應(yīng)用潛力的鋁離子二次電池正極材料,碳納米管與硫化鈷的原位復(fù)合更可極大地提升硫化鈷的電化學(xué)性能。具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能的CoS_2@CNT復(fù)合材料在鋁離子二次電池實用化上顯現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

其流程可大致描述為圖3.1 所示：圖 3.1 硫化鈷材料的制備流程示意圖Fig.3.1 Schematic diagram of the preparation of cobalt sulfide materials

圖 3.3 a）[EMIm]Cl/AlCl3電解質(zhì)和 b）添加粘結(jié)劑（PVDF）之后的照片。Fig.3.3 Photograph of a) [EMIm]Cl/AlCl3electrolyte and b) after adding the binder(PVDF).鑒于此，本課題優(yōu)選聚四氟乙烯 PTFE[67]作為粘接劑以排除可能存在的副反應(yīng)的干擾。3.2.3 硫化物正極的制備分別稱取一定量制備好的硫化鈷 CoS2，導(dǎo)電碳 super-P，粘接劑 PTFE（60 wt%水分散液）以 6:3:1 質(zhì)量比并配以適量乙醇混合成漿，充分?jǐn)嚢柚疗浞稚⒕鶆颍蟛粩嘌心コ杀∧�，裁剪�?1.5 cm 直徑圓片若干，于 80℃下真空干燥過夜。所得的電極片中硫化物的負(fù)載量為~3 mg cm-2。Co9S8（優(yōu)選煅燒 600℃產(chǎn)物，下文將做說明）、CoS 電極的制備同上述步驟。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄒樹良;馬先果;葛武杰;劉云花;鄧正華;;鋰二次電池水性粘合劑研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2019年12期

2 李強(qiáng);胡玉;朱雪琴;周家紅;黃愛紅;;二次電池廢料鋰量的測定——火焰原子吸收光譜法[J];江西化工;2018年05期

3 劉清朝;馬詩喻;徐吉靜;李中軍;張新波;;鋰-空氣二次電池關(guān)鍵材料與器件的設(shè)計與制備[J];化學(xué)學(xué)報;2017年02期

4 楊彥濤;;鋅銀二次電池研究及其發(fā)展方向[J];船電技術(shù);2015年12期

5 ;鎂二次電池材料研究現(xiàn)狀[J];新疆有色金屬;2016年06期

6 李艷萍;;二次電池電池反應(yīng)式書寫[J];數(shù)理化學(xué)習(xí)(高中版);2017年02期

7 曹飛;;鋰晶枝對鋰二次電池性能的影響及改進(jìn)方法討論[J];科技風(fēng);2013年09期

8 王華麗;白瑩;陳實;吳鋒;吳川;;室溫鋁二次電池及其關(guān)鍵材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年08期

9 石春梅;曾小勤;常建衛(wèi);努麗燕娜;丁文江;;鎂二次電池的研究現(xiàn)狀[J];電源技術(shù);2010年09期

10 葛亞軍;;廢二次電池生命周期評價方法研究[J];環(huán)境衛(wèi)生工程;2008年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 羅銳;黃永鑫;陳人杰;吳鋒;;基于多電子反應(yīng)機(jī)制的高比能二次電池[A];第三屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集[C];2016年

2 孔令龍;張澤;明德;劉勝;李國然;高學(xué)平;;一種新型生物碳作為中間層用于鋰硫二次電池[A];第31屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

3 陳妍;郁亞娟;;典型二次電池生命周期評價模型與應(yīng)用[A];2010中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第四卷)[C];2010年

4 王久林;;鋰硫二次電池中的安全性及相關(guān)問題——我們解決的策略[A];第一屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集[C];2014年

5 吳鋒;李麗;;電動車用高功率二次電池研究進(jìn)展[A];電動車及新型電池學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2003年

6 黃震雷;應(yīng)皆榮;孫莞檸;任建國;高劍;姜長印;;鋰二次電池金屬硫化物電極材料的研究進(jìn)展[A];2008全國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2008年

7 孫莞檸;應(yīng)皆榮;黃震雷;任建國;高劍;姜長印;;鋰二次電池有機(jī)硫化物電極材料的研究進(jìn)展[A];2008全國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2008年

8 吳娜;張長歡;楊振中;姚胡蓉;殷雅俠;谷林;郭玉國;;鎂鋰共脫嵌提高鎂二次電池用大尺寸鈦酸鋰動力學(xué)性能的研究[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學(xué)電源[C];2016年

9 雷寶;陳鵬;李國然;高學(xué)平;;基于氫能產(chǎn)生/利用的光充二次電池[A];第四屆新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2017年

10 沈旺;王麗娜;楊軍;王久林;;鋰硫二次電池及其關(guān)鍵材料[A];第31屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 韓笑千;中科院寧波材料所在高比能鋰金屬負(fù)極保護(hù)方面研究取得進(jìn)展[N];中國有色金屬報;2017年

2 張文毓 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所;鎂二次電池將成為未來新能源首選[N];中國有色金屬報;2016年

3 胡文;973綠色二次電池新體系研究有新進(jìn)展[N];科技日報;2003年

4 柳寧;環(huán)宇：力爭跨入國際二次電池產(chǎn)業(yè)前列[N];中國電子報;2007年

5 楊秋穗;深圳二次電池產(chǎn)業(yè)要達(dá)400億[N];廣東科技報;2007年

6 李麗靜;河南打造二次電池產(chǎn)業(yè)基地[N];中國工業(yè)報;2004年

7 本報記者 李勇;時代萬恒轉(zhuǎn)型二次電池制造 傳統(tǒng)貿(mào)易營收占比75%被舍棄[N];證券日報;2018年

8 鐘信;軟包裝液態(tài)鋰離子 二次電池技術(shù)問世[N];中國有色金屬報;2004年

9 記者　郝麗萍;深圳鋰電終結(jié)日企一統(tǒng)天下格局[N];深圳商報;2007年

10 立冬;青海三工鎂業(yè)擬建年產(chǎn)200萬只鎂基二次電池戰(zhàn)生產(chǎn)線[N];中國有色金屬報;2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 郭立超;高容量富鋰/鈉型二次電池正極材料表界面/體相的相調(diào)控研究[D];天津大學(xué);2017年

2 何會兵;錳基層狀氧化物作為鋰二次電池正極材料的合成與改性研究[D];武漢大學(xué);2016年

3 趙慶;金屬二次電池正極材料（硫、碘、碳氧鹽）的室溫制備和電化學(xué)性能研究[D];南開大學(xué);2017年

4 郭峰;鋰—碳復(fù)合材料作為鋰二次電池負(fù)極的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 李曉偉;離子液體聚合物基固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計、制備及其在鋰二次電池中的應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2017年

6 王華麗;室溫鋁二次電池及其關(guān)鍵材料研究[D];北京理工大學(xué);2016年

7 趙贏營;過渡金屬硫化物的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成及其在鈉/鎂二次電池中的儲能機(jī)制研究[D];吉林大學(xué);2019年

8 孟媛;新型鎂基二次電池的設(shè)計與電化學(xué)性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2018年

9 鄧凌峰;鋰二次電池聚合物正極材料的合成與性能研究[D];中南大學(xué);2004年

10 任麗;化學(xué)氧化法聚吡咯復(fù)合材料及其作鋰二次電池正極的研究[D];天津大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 蘇娜;二次電池正極材料的設(shè)計及性能研究[D];上海大學(xué);2019年

2 陳慶安;硫化鈷用作鋁離子二次電池正極的探索與性能研究[D];江蘇大學(xué);2019年

3 王宏剛;納米結(jié)構(gòu)設(shè)計在新型二次電池金屬負(fù)極中的應(yīng)用研究[D];太原理工大學(xué);2019年

4 梁鳳;空間分離的雙碳材料在金屬鋰負(fù)極的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2019年

5 潘海麗;水系鋅錳二次電池制備及電化學(xué)性能測試[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

6 周軍華;VS_2納米材料的設(shè)計合成和在二次電池中的應(yīng)用探索[D];蘇州大學(xué);2018年

7 李卓;新型鎂二次電池正極材料FeS_2和MgMnSiO_4的制備與性能研究[D];遼寧科技大學(xué);2018年

8 李佩容;堿金屬-硫二次電池正負(fù)極材料的優(yōu)化探索[D];蘇州大學(xué);2018年

9 錢峰;鋰硫二次電池循環(huán)性能改善方法的探索研究[D];蘇州大學(xué);2018年

10 夏爽;有機(jī)溶劑對鋁二次電池離子液體電解液的影響[D];南京大學(xué);2015年

，

本文編號：2619046