本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池正極材料PMMA@S的制備及電化學(xué)性能

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【摘要】：便捷式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的迅猛發(fā)展要求鋰電池提供更多的能量。以硫作為正極活性物質(zhì)、鋰作負(fù)極的鋰硫電池,因其比容量大(1675mAh/g)、能量密度高(3500Wh/kg),硫還有環(huán)保、廉價(jià)的優(yōu)勢(shì),近年來研究熱度持續(xù)攀升。然而,硫與其放電最終產(chǎn)物硫化鋰和二硫化鋰的導(dǎo)電性較低,充放電的中間體多硫化鋰的高溶解性,使之易于流失并且能夠在隔膜兩側(cè)穿梭而導(dǎo)致自放電,以及硫與硫化鋰的密度相差較大(80%)造成充放電循環(huán)中體積脹縮、破壞電極結(jié)構(gòu)等三個(gè)棘手問題成為鋰硫電池發(fā)展的瓶頸。為了解決上述問題,本文向鋰硫電池的正極上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在第三章中,本文闡述了甲基丙烯酸甲酯(MMA)分子攜帶供電子的酯基、并且在聚合時(shí)會(huì)帶上過硫酸根陰離子。微觀上,這些基團(tuán)以靜電作用抑制多硫化鋰的遷移。宏觀上,聚合反應(yīng)形成的PMMA容易自組裝形成納米顆粒,該納米顆粒層的具有良好的吸液性,吸收電解液之后會(huì)溶脹會(huì)進(jìn)一步限制吸收有多硫化鋰的電解液的擴(kuò)散。PMMA本身具有光子晶體性質(zhì),PMMA涂覆形成薄層之后,受到日光照射會(huì)發(fā)射固定波長(zhǎng)的光。對(duì)于小粒徑的PMMA來說,100～300nnm粒徑PMMA受到日光照射而發(fā)射的光,波長(zhǎng)在可見光范圍內(nèi)。如此,PMMA涂覆層可以通過觀察反射光顏色快速判斷所涂的PMMA粒徑。第四章繼續(xù)闡述了制備出的小粒徑PMMA分散液涂覆在鋰硫電池正極材料(鋰硫電池正極材料下文以“樣品S”記)上而得到PMMA@S電極并裝配電池,考察PMMA添加后對(duì)電性能的影響。通過一系列電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn),PMMA@S循環(huán)性能均比S高。其中3號(hào)小粒徑PMMA涂覆在S(樣品PMMA@S-A-200)上循環(huán)性能最好,穩(wěn)定循環(huán)100次后仍有樣品S的三倍以上。另外,涂覆PMMA時(shí)采用連續(xù)化快速操作工藝,與第二章所述的電極制備與電池組裝工藝相互適配。本文最后嘗試對(duì)1號(hào)小粒徑PMMA分散液進(jìn)行了稀釋,涂覆在鋰硫電池正極上后(樣品PMMA@S-B-100)成功提高了鋰硫電池的比容量,又改善了充放電測(cè)試條件為窄電化學(xué)窗口(樣品PMMA@S-C-100),得到了循環(huán)比容量高和循環(huán)穩(wěn)定性好的鋰硫電池。綜上所述,本文主要闡述了如下三方面內(nèi)容：(1)自MMA單體聚合了小粒徑PMMA,通過控制單體濃度和引發(fā)劑形成了一系列粒徑的表面帶有過硫酸根陰離子的PMMA納米顆粒。(2)總結(jié)了鋰硫電池的生產(chǎn)工藝,通過與電極制備與電池組裝相互適配的連續(xù)化生產(chǎn)工藝,將PMMA分散液涂覆在鋰硫電池的正極上。如此制得的PMMA@S比S循環(huán)性能有顯著提高。(3)使用稀PMMA分散液涂覆電極并在測(cè)試時(shí)使用窄電化學(xué)窗口,使鋰硫電池進(jìn)行了更穩(wěn)定持久的充放電循環(huán),釋放出了更高的比容量。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 聚甲基丙烯酸甲酯 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ317;TM912
【目錄】：

• 作者簡(jiǎn)介7-9
• 摘要9-11
• ABSTRACT11-15
• 第1章 緒論15-31
• 1.1 引言15-16
• 1.2 鋰硫電池的簡(jiǎn)介16-19
• 1.3 鋰硫電池的研究進(jìn)展19-29
• 1.3.1 鋰硫電池正極材料的研究進(jìn)展19-27
• 1.3.2 鋰硫電池結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展27-29
• 1.4 本文的研究目的和研究?jī)?nèi)容29-31
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法31-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑31-32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器32-33
• 2.3 實(shí)驗(yàn)電極的制作與電池裝配33-35
• 2.4 物理性質(zhì)表征技術(shù)與儀器35-36
• 2.4.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡35
• 2.4.2 X射線粉末晶體衍射35-36
• 2.4.3 傅里葉紅外光譜36
• 2.4.4 熱重分析36
• 2.5 電化學(xué)測(cè)試技術(shù)與儀器36-39
• 2.5.1 充放電循環(huán)測(cè)試37
• 2.5.2 循環(huán)伏安測(cè)試37-38
• 2.5.3 交流阻抗測(cè)試38-39
• 第3章 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其分散液39-52
• 3.1 引言39-43
• 3.1.1 甲基丙烯酸甲酯(MMA)簡(jiǎn)介39
• 3.1.2 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)簡(jiǎn)介39-40
• 3.1.3 PMMA合成方法研究進(jìn)展40-43
• 3.1.4 本文研究PMMA目的43
• 3.2 PMMA納米顆粒的合成43-46
• 3.2.1 預(yù)處理43-44
• 3.2.2 搭裝置與檢漏除氧44
• 3.2.3 聚合反應(yīng)44-45
• 3.2.4 產(chǎn)物純化與分散45-46
• 3.3 PMMA納米顆粒物理性質(zhì)表征結(jié)果46-50
• 3.3.1 SEM表征結(jié)果46-48
• 3.3.2 XRD表征結(jié)果48
• 3.3.3 FT-IR表征結(jié)果48-49
• 3.3.4 TGA表征結(jié)果49-50
• 3.4 PMMA分散液的制備50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 PMMA@S正極材料及其電化學(xué)性能52-77
• 4.1 引言52-53
• 4.2 PMMA@S正極物理性質(zhì)表征結(jié)果53-59
• 4.2.1 涂覆后的電極外觀53-54
• 4.2.2 SEM與Elements mapping表征結(jié)果54-57
• 4.2.3 XRD表征結(jié)果57-58
• 4.2.4 FT-IR表征結(jié)果58-59
• 4.3 PMMA@S正極電化學(xué)測(cè)試結(jié)果59-65
• 4.3.1 充放電循環(huán)測(cè)試結(jié)果59-62
• 4.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果62-65
• 4.4 PMMA@S正極材料改進(jìn)與電化學(xué)測(cè)試條件優(yōu)化65-75
• 4.4.1 優(yōu)化的意義65
• 4.4.2 優(yōu)化后的正極材料的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果65-70
• 4.4.3 優(yōu)化后的正極材料的表征結(jié)果70-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 第5章 結(jié)論及展望77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-82

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 孫楊;鋰硫電池正極材料PMMA@S的制備及電化學(xué)性能[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：524278