鋰硫電池因其高的比容量,大的能量密度等優(yōu)點吸引了人們的關注,被認為是最具前景的二次電池的體系之一。盡管具有這些優(yōu)點,發(fā)展鋰硫電池仍然面臨著一些挑戰(zhàn),硫及其生成的硫化鋰自身低的導電性,穿梭效應導致的差的循環(huán)性能和倍率性能以及充放電過程中的體積變化。鋰硫電池要想得到應用,這些問題亟待解決。為了解決上述問題,采用模板法制備不同孔徑碳材料及元素摻雜的碳材料作為硫的載體。使用X射線衍射,X射線光電子能譜,場發(fā)射透射電子顯微鏡等對材料的形貌結構進行表征,及電化學工作站測試電池的電化學性能。本文中以SBA-15為模板,制備得到了相互交聯(lián)的棒狀結構的碳材料,這種結構的碳材料有利于電子和離子的運輸,通過控制溫度來獲得不同孔徑的碳材料,通過與尿素混合一步高溫碳燒,獲得既有表面氮摻雜又有適宜孔徑的碳材料。以金屬配合物為模板,通過高溫煅燒獲得了金屬摻雜的片狀結構的碳材料。研究結果表明：具有氮摻雜的介孔碳材料具有較大的比表面積,其表面積為664.5 m2/g,可以吸附更多的活性物質及多硫化物。通過XPS分析,可得介孔碳材料中形成了吡啶氮,吡咯氮,石墨化氮等以及形成了碳硫鍵,被修改后的碳框架具有部分正電荷可以吸附多...

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 前言
    1.2 鋰離子電池概述
    1.3 鋰硫電池的簡介
    1.4 硫電池的工作原理
    1.5 鋰硫電池的研究現(xiàn)狀
        1.5.1 鋰硫電池面臨的挑戰(zhàn)
        1.5.2 鋰硫電池正極材料的發(fā)展
    1.6 本課題的主要內容及研究意義
        1.6.1 本課題的的主要內容
        1.6.2 本課題的研究意義
第二章 實驗方法
    2.1 實驗所用主要儀器
    2.2 材料的表征
        2.2.1 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.2 掃描電鏡分析(FESEM)
        2.2.3 透射電鏡分析
        2.2.4 X射線光電子能譜分析
        2.2.5 氮氣吸脫附分析
        2.2.6 元素分析
        2.2.7 傅里葉紅外光譜分析
    2.3 電化學性能測試
        2.3.1 電極材料的制備
        2.3.2 電池的組裝
        2.3.3 充放電測試
        2.3.4 循環(huán)性能測試
        2.3.5 倍率測試
        2.3.6 交流阻抗測試
第三章 介孔碳/硫材料的制備與電化學性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料的合成
        3.2.1 不同孔徑介孔碳材料的合成
        3.2.2 介孔碳/硫復合材料的合成
    3.3 結果與討論
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 材料的SEM分析
        3.3.3 N₂吸脫附曲線及孔徑分布分析
    3.4 電化學性能表征
        3.4.1 充放電曲線及其循環(huán)性能
        3.4.2 不同孔徑碳/硫材料的倍率循環(huán)性能
    3.5 本章小結
第四章 氮摻雜對介孔碳/硫材料性能的影響
    4.1 引言
    4.2 材料的合成
        4.2.1 N摻雜介孔碳材料的制備(NCMK-3)
        4.2.2 NCMK-3/S復合材料的合成
    4.3 結果與討論
        4.3.1 NCMK-3/S材料的XRD分析
        4.3.2 NCMK-3/S材料的SEM分析
        4.3.3 NCMK-3/S的TEM分析
        4.3.4 NCMK-3/S的元素分布及含量分析
        4.3.5 X射線光電子能譜(XPS)分析
        4.3.6 NCMK-3/S的吸脫附曲線分析
        4.3.7 充放電曲線及循環(huán)性能
        4.3.8 倍率性能
        4.3.9 交流阻抗分析
    4.4 本章小結
第五章 鋰硫電池正極材料Ni₃S₂/C/S的制備及電化學性能
    5.1 前言
    5.2 材料的合成
        5.2.1 配體1,4-雙(咪唑基-1-甲基)苯(bix)的合成步驟
        5.2.2 層狀配合物Ni(bix)(IPA)(H₂O)的制備
        5.2.3 金屬摻雜的碳材料的制備
        5.2.4 碳/硫復合材料的制備
    5.3 結果與討論
        5.3.1 XRD分析
        5.3.2 紅外光譜(FTIR)分析
        5.3.3 場發(fā)射電子掃描顯微鏡
        5.3.4 X射線光電子能譜分析
    5.4 電化學性能
        5.4.1 充放電性能
        5.4.2 倍率性能
        5.4.3 電化學交流阻抗分析
    5.5 本章小結
第六章 結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況



本文編號：4037132