發(fā)布時間：2020-04-17 08:50

【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,達到2600 Wh/kg,而且鋰硫電池的循環(huán)壽命很長,但由于其活性物質硫導電性差、循環(huán)過程中產生體積膨脹以及中間產物的穿梭效應等缺點,使鋰硫電池在實際應用中受到很大的限制。對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,并與硫進行復合,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,對鋰硫電池多硫化物產生極性吸附作用。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,增強對多硫化物的吸附作用。論文主要的研究內容主要分為以下三個部分:(1)采用反相乳化法制備得到轉速分別為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,并與硫進行復合,得到CAS復合材料。然后裝配電池,探究不同轉速對鋰硫電池電化學性能的影響。在0.5 C倍率下,CAS-1放電曲線沒有明顯平臺,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%。通過對比,CAS-2具有最佳的電化學性能。(2)針對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表面產生的含氧官能團,對多硫化物具有強吸附的特點,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/炭氣凝膠復合材料,并采用水熱法與硫進行復合,得到對應的三組CAMS復合材料。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,具有相對較好的電化學性能。(3)為緩解鋰硫電池的穿梭效應,我們利用氧化石墨烯表面豐富的含氧官能團對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/炭氣凝膠復合材料。與硫復合后,得到對應的三組CAGS復合材料,并探究不同GO摻雜量對復合材料電化學性能的影響。結果表明,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GO的摻雜量為5%時,具有較優(yōu)的容量保持率。
【圖文】：

分為四個階段。如圖 1.1 所示[23]，第一階段為 S8向長鏈多硫i2S4~8)，第二階段為長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)測試期間的工作機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構示意圖[23]首先放電階段，環(huán)狀硫(S8)還原為最終產物 Li2S，，電池充電時，Li2S 氧化成硫。整個反應可表示為 S8+16Li 8Li2S。然而，實際的放電和充電過程非常復雜，同時伴有許多多重副反應。根據電解液的成分，放電過程中有兩個或三個還原階段。第一階段占據了大約四分之一的分布，即約 2.4 V 電壓時，S8反應轉變?yōu)?
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26;TM912

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 梁長海;炭氣凝膠及其研究進展[J];材料科學與工程;1998年01期

2 魏巍;曾黔;陸俊煒;韓合坤;朱建軍;謝吉民;;冬瓜基含TiO_2炭氣凝膠的制備、表征及其光催化性能[J];生物質化學工程;2017年03期

3 歐少通;梁新慈;鄧家瑜;戴子才;朱夢怡;劉寧;;炭氣凝膠微球的合成工藝調控及其吸附性能研究[J];合成材料老化與應用;2013年05期

4 蔣亞嫻;陳曉紅;宋懷河;;用于超級電容器電極材料的球形炭氣凝膠[J];北京化工大學學報(自然科學版);2007年06期

5 陳安國;石斌;楊程響;賀焰;;鋰離子電容器用炭氣凝膠的研究進展[J];電池;2019年04期

6 李華靜;李遠剛;惠曉剛;;金屬摻雜炭氣凝膠的制備及其在燃油脫硫中的應用[J];西安科技大學學報;2013年05期

7 劉寧;王俊冰;吳丁財;符若文;;常壓干燥法制備炭氣凝膠微球的儲電性能研究[J];炭素技術;2010年06期

8 劉寧;;氯化鋅活化對炭氣凝膠微球的結構與電化學性能的影響[J];無機化學學報;2013年03期

9 劉寧;;炭氣凝膠微球的物理活化與化學活化比較[J];中山大學學報(自然科學版);2013年03期

10 李文翠,秦國彤,郭樹才;從酚類合成新型炭材料——炭氣凝膠[J];煤炭轉化;1999年01期

相關會議論文 前10條

1 徐飛;許靜;許鴻基;吳丁財;符若文;;聚苯乙烯基粉末狀氣凝膠及炭氣凝膠的制備與吸附性能研究[A];中國化學會第18屆反應性高分子學術研討會論文集[C];2016年

2 吳丁財;孫卓奇;符若文;;活性炭氣凝膠的制備及結構與吸附性能的研究[A];第19屆炭—石墨材料學術會論文集[C];2004年

3 徐飛;許靜;許鴻基;梁業(yè)如;符若文;吳丁財;;新型粉末狀聚苯乙烯氣凝膠及炭氣凝膠的制備與應用研究[A];2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題A-高分子化學[C];2015年

4 符若文;;炭氣凝膠的研究進展[A];2004年中國材料研討會論文摘要集[C];2004年

5 唐志偉;陳鷺義;吳丁財;符若文;;多孔活性炭氣凝膠的制備及其鋰硫電池性能研究[A];中國化學會第18屆反應性高分子學術研討會論文集[C];2016年

6 吳丁財;符若文;孫卓奇;余志銓;;苯酚-甲醛氣凝膠及其炭氣凝膠的制備與表征[A];2004年中國材料研討會論文摘要集[C];2004年

7 吳丁財;張淑婷;黃愛萍;湯麗鴛;符若文;;間苯二酚-糠醛基炭氣凝膠的制備及表征[A];中國化學會第12屆反應性高分子（離子交換與吸附）學術研討會會議論文摘要預印集（一）[C];2004年

8 巢亞軍;原鮮霞;馬紫峰;;炭氣凝膠作鋰離子電池負極材料的研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

9 李學良;祝曉蕓;張小細;蔣英;;金屬化合物作用下炭氣凝膠的制備與電容性能研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（下集）[C];2005年

10 符若文;劉曉方;吳丁財;;炭氣凝膠的制備及其在超級電容器中的應用研究進展[A];第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅲ[C];2004年

相關博士學位論文 前5條

1 楊喜;竹纖維素炭氣凝膠的制備及其在超級電容器中的應用研究[D];中國林業(yè)科學研究院;2018年

2 朱玉東;炭氣凝膠的制備及在超級電容器中的應用[D];大連理工大學;2006年

3 肖正輝;炭氣凝膠及其改性材料對重金屬離子吸附的研究[D];合肥工業(yè)大學;2014年

4 馮軍宗;炭氣凝膠及其隔熱復合材料的制備與性能研究[D];國防科學技術大學;2012年

5 李文翠;新型納米材料炭氣凝膠的制備、表征及應用研究[D];大連理工大學;2002年

相關碩士學位論文 前10條

1 任穎臣;炭氣凝膠材料的制備及其在鋰硫電池中的應用[D];湘潭大學;2019年

2 周超;生物質基炭氣凝膠的制備及其在能源采集上的應用研究[D];廣東工業(yè)大學;2019年

3 張培;基于金屬化合物修飾炭氣凝膠的硫電極制備及鋰硫電池性能研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

4 余景健;基于多羥基環(huán)狀物修飾炭氣凝膠的硫電極的制備及其性能研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

5 王莉娜;殼聚糖基炭氣凝膠負載過渡金屬氧化物的制備及其應用研究[D];石河子大學;2019年

6 丁中強;釤釔修飾炭氣凝膠基硫電極的制備及鋰硫電池性能的研究[D];合肥工業(yè)大學;2018年

7 張路遙;釹鋅摻雜炭氣凝膠基硫電極的制備及其性能研究[D];合肥工業(yè)大學;2018年

8 李清亮;聚乙二醇2000改性RF炭氣凝膠的制備及活化提質[D];鄭州大學;2018年

9 喬莎;載銀炭氣凝膠電催化CO_2還原制備合成氣及陽極氨催化氧化對其促進研究[D];大連理工大學;2018年

10 鄭磊;纖維素基炭氣凝膠的制備及其吸附性能研究[D];湖南大學;2017年

本文編號：2630679