本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池正極材料的改性及其電化學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源是本世紀(jì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題,安全高效、環(huán)境友好型的儲(chǔ)能系統(tǒng)是能源問(wèn)題中亟待解決的一個(gè)。鋰離子電池因其高能量密度、高電壓、綠色環(huán)保及使用壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)勢(shì),使其成為不可替代的一種儲(chǔ)能系統(tǒng)。自1991年索尼公司成功將鋰離子電池商業(yè)化,迄今為止,鋰離子電池已發(fā)展成為二次電池領(lǐng)域中的霸主。然而,受限于現(xiàn)行商業(yè)應(yīng)用,理論容量較低的正極材料,使得鋰離子電池容量的研究停滯不前,逐漸無(wú)法滿足對(duì)高能量鋰離子電池的需求。單質(zhì)硫因儲(chǔ)量豐富廉價(jià)、安全無(wú)害且具有超高比容量,使其成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦驼龢O材料。然而將單質(zhì)硫作為正極材料應(yīng)用于鋰硫電池中,使鋰硫電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn),仍然面臨諸多問(wèn)題。比如單質(zhì)硫在放電過(guò)程中的體積膨脹、單質(zhì)硫作為一個(gè)絕緣體缺少良好的導(dǎo)電性以及在充放電過(guò)程中反應(yīng)中間產(chǎn)物的高溶解性所產(chǎn)生的飛梭效應(yīng)等。為此,對(duì)鋰硫電池的單質(zhì)硫正極材料進(jìn)行改性,較常見(jiàn)的方法是使硫與導(dǎo)電性良好的材料復(fù)合或者對(duì)硫進(jìn)行包覆處理。碳納米管是一種具有優(yōu)良機(jī)械性能和良好導(dǎo)電性能的碳質(zhì)材料,廣泛應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域。而同樣具有一維中空管狀結(jié)構(gòu)的非石墨化碳納米管(一種具有管狀結(jié)構(gòu)的納米級(jí)不定形碳),因其較高的導(dǎo)電性可以代替碳納米管作為鋰硫電池中的載硫基底。本文中,利用管狀聚吡咯這種導(dǎo)電聚合物作為前驅(qū)體,高溫?zé)峤獾玫椒鞘技{米管,并用其作為載硫基底制備復(fù)合材料,同時(shí)測(cè)試其電化學(xué)性能。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)利用甲基橙作為模板,常溫合成管狀聚吡咯,在900℃下熱解聚吡咯,獲得管徑縮小,管狀形貌保持不變的非石墨化碳納米管(NGCNTs)。之后,熱處理制備出4:6和3:7,NGCNTs與單質(zhì)硫不同質(zhì)量比的復(fù)合材料,即H-NGCNTs/S(4:6)和H-NGCNTs/S(3:7)復(fù)合材料。經(jīng)電化學(xué)測(cè)試,得到NGCNTs與單質(zhì)硫的質(zhì)量比為4:6時(shí)電化學(xué)性能最佳。根據(jù)最佳的復(fù)合比例,將NGCNTs與單質(zhì)硫先進(jìn)行球磨混合而后利用熱處理復(fù)合制備出B+H-NGCNTs/S復(fù)合材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明B+H-NGCNTs/S復(fù)合材料具有良好的性能,在335 m A g-1的電流密度測(cè)試下,其首圈放電容量為1202.1 m Ah g-1sulfur,50圈后容量剩余625.9 m Ah g-1sulfur。(2)用KOH對(duì)NGCNTs進(jìn)行活化處理,獲得富有孔隙和缺陷的NGCNTs(K-NGCNTs),并用其作為基底,采用球磨使K-NGCNTs與單質(zhì)硫進(jìn)行混合,而后熱處理制備出K-NGCNTs/S復(fù)合材料。在335 m A g-1的電流密度下進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示了K-NGCNTs/S復(fù)合材料優(yōu)良的電化學(xué)性能,其初次放電容量為1121.9 m Ah g 1sulfur,50圈后,放電容量仍保持為729.7 m Ah g 1sulfur。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 正極材料 聚吡咯 非石墨化碳納米管 K-NGCNTs
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O646;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-32
• 1.1 前言13-14
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介14-17
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展14-15
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理15-17
• 1.3 鋰硫電池簡(jiǎn)介17-19
• 1.3.1 鋰硫電池原理17-18
• 1.3.2 鋰硫電池的挑戰(zhàn)18-19
• 1.4 鋰硫電池正極材料的改性19-29
• 1.4.1 多孔碳-硫復(fù)合材料19-21
• 1.4.2 碳納米管-硫復(fù)合材料21-23
• 1.4.3 石墨烯(氧化物)-硫復(fù)合材料23-25
• 1.4.4 導(dǎo)電聚合物-硫復(fù)合材料25-27
• 1.4.5 金屬及其化合物-硫復(fù)合材料27-29
• 1.5 鋰硫電池電解液29-30
• 1.5.1 鋰鹽29
• 1.5.2 有機(jī)溶劑29-30
• 1.5.3 添加劑30
• 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容30-32
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分32-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器32-33
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品32
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器32-33
• 2.2 材料的性質(zhì)表征33-35
• 2.2.1 紅外光譜分析33-34
• 2.2.2 X射線衍射分析34
• 2.2.3 拉曼光譜分析34
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡34
• 2.2.5 能譜分析34-35
• 2.2.6 透射電子顯微鏡35
• 2.2.7 熱重分析35
• 2.3 電極的制備及電池的組裝35-37
• 2.3.1 電極的制備35-36
• 2.3.2 電池的組裝36-37
• 2.4 電化學(xué)性能測(cè)試37-38
• 2.4.1 充放電測(cè)試37
• 2.4.2 循環(huán)伏安測(cè)試37
• 2.4.3 交流阻抗測(cè)試37-38
• 第3章 B+H-NGCNTs/S復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究38-55
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 3.2.1 非石墨化碳納米管的制備39
• 3.2.2 復(fù)合材料的制備39-40
• 3.2.3 電池的組裝和測(cè)試條件40
• 3.3 管狀聚吡咯的表征40-42
• 3.3.1 紅外光譜分析40-41
• 3.3.2 掃描電鏡分析41
• 3.3.3 透射電鏡分析41-42
• 3.4 非石墨化碳納米管的表征42-44
• 3.4.1 X射線衍射分析42
• 3.4.2 拉曼光譜分析42-43
• 3.4.3 掃描電鏡分析43
• 3.4.4 透射電鏡分析43-44
• 3.5 復(fù)合材料的表征44-47
• 3.5.1 X射線衍射分析44
• 3.5.2 拉曼光譜分析44-45
• 3.5.3 熱重分析45
• 3.5.4 掃描電鏡分析45-47
• 3.5.5 EDS能譜分析47
• 3.6 電化學(xué)性能測(cè)試47-53
• 3.6.1 伏安曲線47-49
• 3.6.2 充放電曲線49-50
• 3.6.3 循環(huán)特性曲線50-51
• 3.6.4 倍率特性曲線51-52
• 3.6.5 交流阻抗譜52-53
• 3.7 本章小結(jié)53-55
• 第4章 K-NGCNTs/S復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究55-66
• 4.1 引言55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分55-56
• 4.2.1 K-NGCNTs/S復(fù)合材料的制備55-56
• 4.2.2 電池組裝和測(cè)試條件56
• 4.3 K-NGC/S復(fù)合材料的表征56-61
• 4.3.1 X射線衍射分析56-57
• 4.3.2 拉曼光譜分析57
• 4.3.3 熱重分析57-58
• 4.3.4 掃描電鏡分析58-59
• 4.3.5 EDS能譜分析59-60
• 4.3.6 透射電鏡分析60-61
• 4.4 電化學(xué)性能測(cè)試61-65
• 4.4.1 伏安曲線61
• 4.4.2 充放電曲線61-62
• 4.4.3 循環(huán)特性曲線62-63
• 4.4.4 速率特性曲線63-64
• 4.4.5 交流阻抗譜64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第5章 全文總結(jié)66-67
• 參考文獻(xiàn)67-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76

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