【摘要】：鋰硫電池是一種新型的二次電池,它具有很高的能量密度,達(dá)到2600 Wh/kg,而且鋰硫電池的循環(huán)壽命很長(zhǎng),但由于其活性物質(zhì)硫?qū)щ娦圆�、循環(huán)過程中產(chǎn)生體積膨脹以及中間產(chǎn)物的穿梭效應(yīng)等缺點(diǎn),使鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中受到很大的限制。對(duì)于鋰硫電池存在的不足,本文首先通過反相乳化法制備了糖炭氣凝膠,并與硫進(jìn)行復(fù)合,使其作為鋰硫電池正極的碳基底材料。其次,在糖炭氣凝膠中摻雜多壁碳納米管,并通過高溫碳化,引入羰基等含氧基團(tuán),對(duì)鋰硫電池多硫化物產(chǎn)生極性吸附作用。最后在炭氣凝膠中摻雜氧化石墨烯,利用其表面的豐富的含氧官能團(tuán),增強(qiáng)對(duì)多硫化物的吸附作用。論文主要的研究?jī)?nèi)容主要分為以下三個(gè)部分:(1)采用反相乳化法制備得到轉(zhuǎn)速分別為1 kr/min(CA-1)、4 kr/min(CA-2)、7 kr/min(CA-3)和10 kr/min(CA-4)的四組糖炭氣凝膠材料,并與硫進(jìn)行復(fù)合,得到CAS復(fù)合材料。然后裝配電池,探究不同轉(zhuǎn)速對(duì)鋰硫電池電化學(xué)性能的影響。在0.5 C倍率下,CAS-1放電曲線沒有明顯平臺(tái),而CAS-2、CAS-3、CAS-4具有平穩(wěn)的放電曲線,100次循環(huán)后容量的保持率分別為68.53%、63.67%和53.42%。通過對(duì)比,CAS-2具有最佳的電化學(xué)性能。(2)針對(duì)鋰硫電池中多硫化物易溶于電解液的問題,利用高溫氧化后的MWCNTs表面產(chǎn)生的含氧官能團(tuán),對(duì)多硫化物具有強(qiáng)吸附的特點(diǎn),采用反相乳化法制備得到碳納米管摻雜量分別為5%(CAM-1)、10%(CAM-2)、20%(CAM-3)的三組多壁碳納米管/炭氣凝膠復(fù)合材料,并采用水熱法與硫進(jìn)行復(fù)合,得到對(duì)應(yīng)的三組CAMS復(fù)合材料。在0.5 C倍率放電下,100次循環(huán)后容量保持率分別為87.00%、77.28%和73.88%;因此MWCNTs的摻雜量為5%時(shí),具有相對(duì)較好的電化學(xué)性能。(3)為緩解鋰硫電池的穿梭效應(yīng),我們利用氧化石墨烯表面豐富的含氧官能團(tuán)對(duì)多硫化物的吸附特性,采用反相乳化法,制備了氧化石墨烯摻雜量分別為5%(CAG-1)、10%(CAG-2)和20%(CAG-3)的氧化石墨烯/炭氣凝膠復(fù)合材料。與硫復(fù)合后,得到對(duì)應(yīng)的三組CAGS復(fù)合材料,并探究不同GO摻雜量對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在0.5 C倍率放電下,100次循環(huán)后CAGS-1、CAGS-2、CAGS-3的容量保持率分別為100%、82.04%和76.66%。當(dāng)GO的摻雜量為5%時(shí),具有較優(yōu)的容量保持率。
【圖文】：

分為四個(gè)階段。如圖 1.1 所示[23]，第一階段為 S8向長(zhǎng)鏈多硫i2S4~8)，第二階段為長(zhǎng)鏈多硫化物向短鏈多硫化物的過渡過程短鏈多硫化物向 Li2S2或 Li2S 的過渡過程，第四階段為 Li2S。

Li-S 電池在循環(huán)測(cè)試期間的工作機(jī)制和典型的恒電流充電/放電曲線的示意圖如圖1.2 所示，圖 1.2 鋰硫電池充放電的結(jié)構(gòu)示意圖[23]首先放電階段，環(huán)狀硫(S8)還原為最終產(chǎn)物 Li2S，，電池充電時(shí)，Li2S 氧化成硫。整個(gè)反應(yīng)可表示為 S8+16Li 8Li2S。然而，實(shí)際的放電和充電過程非常復(fù)雜，同時(shí)伴有許多多重副反應(yīng)。根據(jù)電解液的成分，放電過程中有兩個(gè)或三個(gè)還原階段。第一階段占據(jù)了大約四分之一的分布，即約 2.4 V 電壓時(shí)，S8反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ427.26;TM912

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本文編號(hào)：2630679