本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池硫正極、隔膜改性及電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著經(jīng)濟的快速增長,人們對能量的需求日益劇增。鋰硫電池作為一種新型綠色的高能二次電池,因其高理論比容量(1675 mAh g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1)吸引了眾多研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。但是,鋰硫電池的實際應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn),包括硫和硫化鋰的低電子導(dǎo)電性,中間產(chǎn)物多硫化鋰在有機電解液中的溶解和擴散等缺點,造成了硫正極活性物質(zhì)利用率低、電池循環(huán)性能差,制約了鋰硫電池的應(yīng)用。本學(xué)位論文針對當(dāng)前鋰硫電池中存在的硫易團聚、活性物質(zhì)利用率低和多硫化物易擴散等問題,開展了硫正極、隔膜的改性研究。研究了一維金屬氧化物納米纖維(Mg_(0.6)Ni_(0.4)O中空納米纖維)對硫正極結(jié)構(gòu)和性能的影響;首次將金屬氧化物(Mg_(0.6)Ni_(0.4)O)和導(dǎo)電碳(科琴黑)相結(jié)合對鋰硫電池隔膜進行改性研究;通過共沉淀-熱分解法制備了金屬Ni纖維,研究了Ni/S復(fù)合正極材料電化學(xué)性能及金屬Ni在電極中的作用機理。主要研究結(jié)果具體如下:采用靜電紡絲法成功制備了直徑為300-500 nm、長度達幾十微米的Mg_(0.6)Ni_(0.4)O中空納米纖維。前驅(qū)體纖維在不同溫度下燒結(jié)之后,表現(xiàn)出不同程度的收縮,隨著溫度的升高晶粒尺寸不斷增加,比表面積減小,700℃下纖維表面出現(xiàn)明顯顆粒。研究了不同溫度下制備的Mg_(0.6)Ni_(0.4)O纖維作為基底材料對鋰硫電池硫正極的影響。結(jié)果表明,Mg_(0.6)Ni_(0.4)O的添加降低了硫的團聚及電極電阻;同時,復(fù)合金屬氧鍵能夠提高電極的還原電位,降低電極極化。與純硫電極相比,Mg_(0.6)Ni_(0.4)O(700℃)/S復(fù)合電極對電池循環(huán)性能提升最為明顯。通過溶液燃燒法制備了粒徑為100-200 nm的Mg_(0.6)Ni_(0.4)O納米顆粒,采用球磨法制備了Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/科琴黑(KB)復(fù)合物,并均勻涂覆在原始隔膜表面形成復(fù)合物改性隔膜,涂覆厚度約為7μm。采用該改性隔膜制備的紐扣電池在0.5 C下循環(huán)350圈之后仍有530 mAh g-1的放電容量。分析結(jié)果表明改性隔膜上的復(fù)合物導(dǎo)電層能夠有效抑制多硫化物的擴散,金屬氧化物中的復(fù)合金屬氧鍵能促進Li2S4向Li2S的進一步還原,降低電極極化;導(dǎo)電層與正極接觸緊密,能提供額外的電子傳輸路徑,不僅能降低電極電阻,而且能將束縛住的活性物質(zhì)再次利用起來。采用改善的共沉淀-熱分解法制備了多孔Ni纖維,研究了Ni纖維的不同添加量對鋰硫電池電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明多孔Ni纖維的結(jié)構(gòu)能夠抑制多硫化物的擴散,添加3%Ni纖維的復(fù)合正極材料表現(xiàn)出最好的循環(huán)性能,在0.5 C下的初始放電容量為805 mAh g-1,循環(huán)50圈后保持440 m Ah g-1的穩(wěn)定放電比容量,即使在1 C下,仍然保持了310 mAh g-1的放電容量;循環(huán)伏安曲線(CV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)分析結(jié)果表明Ni纖維不僅能促進電池中的電化學(xué)反應(yīng),降低電極極化,而且為活性物質(zhì)提供了良好的電子傳輸通道,減少電極阻抗,從而提升電池性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 多硫化物 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O Ni纖維
【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】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰硫電池簡介11-13
• 1.3 鋰硫電池存在的問題13-16
• 1.3.1 活性材料的絕緣性13-14
• 1.3.2 多硫化物的溶解14
• 1.3.3 自放電效應(yīng)14
• 1.3.4 飛梭效應(yīng)14-15
• 1.3.5 硫化鋰和硫的沉積15
• 1.3.6 電極體積膨脹15-16
• 1.4 鋰硫電池國內(nèi)外研究進展16-26
• 1.4.1 鋰硫電池正極改性16-24
• 1.4.2 鋰硫電池隔膜改性24-25
• 1.4.3 鋰硫電池其他方面的改性研究25-26
• 1.5 本課題的提出及主要研究內(nèi)容26-28
• 第二章 實驗原料、儀器與方法28-32
• 2.1 實驗原料和儀器28-30
• 2.2 材料物理測試及表征30-31
• 2.2.1 X射線粉末衍射30
• 2.2.2 比表面積測試30
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡30
• 2.2.4 透射電子顯微鏡30-31
• 2.3 電化學(xué)性能表征31-32
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試31
• 2.3.2 電化學(xué)阻抗測試31
• 2.3.3 電池充放電測試31-32
• 第三章 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O中空納米纖維的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 實驗32-34
• 3.2.1 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O中空納米纖維的制備32-33
• 3.2.2 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/S復(fù)合物的制備33
• 3.2.3 電池的組裝和測試33-34
• 3.3 材料的表征34-39
• 3.3.1 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O中空納米纖維的表征34-37
• 3.3.2 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/S復(fù)合物的表征37-39
• 3.4 電化學(xué)性能分析39-43
• 3.4.1 首次放電曲線測試39-40
• 3.4.2 循環(huán)伏安測試40-41
• 3.4.3 循環(huán)性能測試41
• 3.4.4 電化學(xué)阻抗測試41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 Mg_(0.6)Ni_(0.4)O/科琴黑復(fù)合物改性隔膜在鋰硫電池中的電化學(xué)性能研究45-52
• 4.1 引言45
• 4.2 實驗45-46
• 4.2.1 材料的制備45-46
• 4.2.2 純硫電極和改性隔膜的制備46
• 4.2.3 電池的組裝和測試46
• 4.3 材料的表征46-48
• 4.3.1 XRD物相分析46-47
• 4.3.2 SEM形貌分析47-48
• 4.4 電化學(xué)性能分析48-51
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試48-49
• 4.4.2 電化學(xué)阻抗和循環(huán)性能測試49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 Ni/S復(fù)合物的制備及其電化學(xué)性能研究52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 實驗52-54
• 5.2.1 Ni纖維的制備52
• 5.2.2 Ni/S復(fù)合物的制備52-53
• 5.2.3 電池的組裝和測試53-54
• 5.3 材料的表征54-56
• 5.3.1 Ni/S復(fù)合物的結(jié)構(gòu)分析54
• 5.3.2 Ni/S復(fù)合物的形貌分析54-56
• 5.4 電化學(xué)性能分析56-59
• 5.4.1 循環(huán)性能測試56-57
• 5.4.2 循環(huán)伏安曲線和放電曲線測試57-58
• 5.4.3 電化學(xué)阻抗測試58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-61
• 第六章 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻63-72
• 致謝72-73
• 發(fā)表論文、發(fā)明專利情況73

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