發(fā)布時(shí)間：2022-01-27 21:13

　　鋰硫電池由于其理論能量密度和比容量分別高達(dá)2600 Wh kg^-1和1675 mAhg^-1,所以受到了大量研究者的關(guān)注。同時(shí),單質(zhì)硫還具有儲(chǔ)存量豐富、無毒和環(huán)境友好等顯著的特點(diǎn)。但是純硫正極仍存在著一些問題嚴(yán)重阻礙了鋰硫電池走向市場化,如由多硫化物的溶解引起的穿梭效應(yīng)、單質(zhì)硫和其生成產(chǎn)物（Li₂S₂和Li2S）的導(dǎo)電性差及充電過程中硫的體積膨脹等問題。這些問題導(dǎo)致硫的利用率低下、電池的循環(huán)壽命差以及電池的容量衰減快。為了提升鋰硫電池的電化學(xué)性能,本論文中制備了硫/聚吡咯納米管（S/PPy）、S/PPy/金屬氧化物顆粒（Co₃O₄、Ni O和Al2O3）、硫@Co₃O₄中空球（S@Co₃O₄）和S@Co₃O₄/PPy復(fù)合材料,探索不同形貌和組成成分的復(fù)合材料對(duì)鋰硫電池電化學(xué)性能的影響。論文中主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）為了改... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰硫電池工作原理[9]

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.2鋰硫電池的充放電曲線[14]1.3鋰硫電池的研究進(jìn)展及其正極存在的主要問題近些年來，為了解決鋰硫電池中存在的問題，使其盡早實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的市場化應(yīng)用。當(dāng)前，科研者們主要從鋰硫電池的正極、負(fù)極、電解液和隔膜四個(gè)方向進(jìn)行研究，期望以此改善鋰硫電池的電化學(xué)性能。本章會(huì)從上述這四個(gè)方面介紹當(dāng)前研究者們在鋰硫電池上的最新研究進(jìn)展。1.3.1鋰硫電池正極的研究進(jìn)展隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)采用純硫作為鋰硫電池的正極材料，雖然其具有非常誘人的理論比容量和能量密度，但是其存在由多硫化物的溶解引起的穿梭效應(yīng)、單質(zhì)硫和其最終產(chǎn)物（Li2S2和Li2S）的絕緣性以及充放過程中硫的體積膨脹等問題[17]，導(dǎo)致鋰硫電池的使用壽命差，嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化。為了解決以上問題，研究者們將硫單質(zhì)與導(dǎo)電性較好或?qū)Χ嗔蚧锞哂形叫缘牟牧线M(jìn)行復(fù)合，制備成復(fù)合材料作為鋰硫電池的正極材料。目前研究較多有導(dǎo)電聚合物/硫復(fù)合材料、碳/硫復(fù)合材料和極性金屬氧化物/硫復(fù)合材料等。（1）碳/硫復(fù)合材料近些年來，研究者們?yōu)榱丝朔嚵螂姵亓蛘龢O導(dǎo)性差、體積膨脹和多硫化物溶解引起的穿梭效應(yīng)等問題，將單質(zhì)硫與碳材料進(jìn)行復(fù)合，制備碳/硫復(fù)合電極材料。碳材料具有的導(dǎo)電性好、結(jié)構(gòu)多樣性、比表面積高、孔容量高等優(yōu)點(diǎn)，可以極大的改善鋰硫電池的性能。當(dāng)前研究較多的碳/硫復(fù)合材料有：石墨烯/硫復(fù)合材料、多孔碳/硫復(fù)合材料、碳微球/硫復(fù)合材料、碳納米管/硫復(fù)合材料等。2017年，Qiang[18]等人將氮、硫摻雜的分級(jí)多孔碳負(fù)載單質(zhì)硫制備鋰硫電池正極復(fù)合材料。以此復(fù)合材料作為正極的鋰硫電池表現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命，在4.6A/g高電流密度下，循環(huán)8000圈后，放電比容量的衰減率低至3%；在0.23A/g的電流密度下，循環(huán)350?

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4米管不僅能夠負(fù)載67wt%的單質(zhì)硫，同時(shí)可通過毛細(xì)作用來吸附多硫化物，而且其中富含有高達(dá)4.60wt%的氮元素，可以與多硫化物生成化學(xué)鍵限制多硫化物的溶解。由于上述優(yōu)點(diǎn)，硫含量為3mgcm-2的S/N-HPCHT復(fù)合正極在0.2C和3C倍率下，首次放電比容量分別為1152mAhg-1和852.8mAhg-1；在1C倍率下，循環(huán)500圈后放電比容量仍保有717.9mAhg-1。硫含量更高（8mgcm-2）的S/N-HPCHT復(fù)合電極在0.2C的倍率下，循環(huán)60圈仍然保有975.1mAhg-1的放電比容量。圖1.3硫/中空多孔碳納米管復(fù)合材料制備流程[19]2019年，Xu[20]等人通過界面共聚策略和NH3輔助碳化，制備了一種多孔和含氮豐富的中空碳納米球（PN-HCNs）。具有中空納米結(jié)構(gòu)的PN-HCNs通過NH3處理后，使碳納米小球具有大的比表面積（1237m2g-1）和高含量的氮元素。其與單質(zhì)硫復(fù)合制備的硫/PN-HCNs復(fù)合正極材料，其結(jié)構(gòu)如下圖1.4所示，在0.1C下的初始放電比容量高達(dá)1620mAhg-1，在0.5C下，循環(huán)200圈后還保有789mAhg-1的放電比容量。圖1.4硫/PN-HCN復(fù)合材料的（a）SEM圖和（b）TEM圖[20]2013年，chen[21]等人先將聚吡咯吸附在石墨烯納米片的表面，再將硫粘附在聚吡咯/石墨烯復(fù)合材料的表面，制備出硫/聚吡咯/石墨烯復(fù)合正極材料。如下圖1.5所示，硫單質(zhì)均勻分散在在聚吡咯/石墨烯復(fù)合材料表面，其中石墨烯納米片具有良好導(dǎo)電性，有利于提高硫利用率，而且聚吡咯能夠有效地可溶性多硫化物的擴(kuò)散。以硫/聚吡咯/石墨烯復(fù)合材料作為正極的鋰硫電池具有高達(dá)1415.7mAhg-1的初始放電比容量，在0.1C倍率下，循環(huán)40圈后仍可保留641.5mAhg-1的放電比容量。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰硫電池關(guān)鍵材料表面改性研究進(jìn)展[J]. 梁資拓,唐培,齊威宇,王璐璐,童洋武,張靜,李合琴.  電池工業(yè). 2018(03)
[2]鋰硫電池用石墨烯基材料的研究進(jìn)展[J]. 陳克,孫振華,方若翩,李峰,成會(huì)明.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[3]鋰硫電池隔膜材料的研究進(jìn)展[J]. 康衛(wèi)民,馬曉敏,趙義俠,趙卉卉,程博聞,劉延波.  高分子學(xué)報(bào). 2015(11)
[4]鋰硫電池硫碳復(fù)合正極材料研究現(xiàn)狀及展望[J]. 周蘭,余愛水.  電化學(xué). 2015(03)

博士論文
[1]鋰硫電池硫化鋰/碳復(fù)合正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D]. 汪東煌.浙江大學(xué) 2018

碩士論文
[1]基于碳材料的鋰二次電池電極材料制備與性能研究[D]. 丁嫻.陜西師范大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3613096