本文關(guān)鍵詞：沸石基鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰硫電池被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的二次電池體系,相比于傳統(tǒng)的二次電池,鋰硫電池在理論比容量和理論能量密度上有明顯優(yōu)勢,分別達到1675 mAh/g,2600 Wh/kg,這使得鋰硫電池成為目前人們研究的熱點。目前鋰硫電池主要面臨以下幾個問題:首先是電池反應(yīng)過程中多硫化物的溶解和遷移,其次是硫正極反應(yīng)前后的巨大體積形變�，F(xiàn)有的研究中,人們常采用具有強吸附能力和發(fā)達孔隙的碳材料來緩解上述問題。沸石是一種具有強吸附能力的天然礦物,常被用作化工生產(chǎn)中硫化物的吸附劑,對硫(S)有著很好的親和性,同時沸石本身的強吸附能力和發(fā)達孔隙能有效減少多硫化物的溶解和遷移。本論文中,主要制備了天然沸石/S、改性沸石/S和13X沸石分子篩/S復(fù)合材料,并采用X射線衍射、掃描電鏡和比表面分析儀對復(fù)合材料進行結(jié)構(gòu)形貌表征分析,通過充放電性能測試、循環(huán)伏安特性和交流阻抗對復(fù)合材料進行電化學(xué)性能分析。本論文首先驗證了天然沸石作為單質(zhì)硫載體的可行性,通過預(yù)處理對沸石進行除雜。然后通過加熱熔融法制備了含硫40%的天然沸石/S復(fù)合材料,以0.2 C大小的電流密度對復(fù)合材料進行充放電性能測試,首次放電比容量為950.6mAh/g,100次循環(huán)后對應(yīng)的放電比容量為583.6 mAh/g,容量保持率為61.3%。由于天然沸石的比表面積較小,本論文通過酸洗、鹽洗改性沸石,擴寬其孔隙大小、提高吸附能力。加熱熔融法制備含硫40%、50%和60%的天然沸石/S、酸洗改性沸石/S、鹽洗改性沸石/S復(fù)合材料,三種材料均在40%注硫量下表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能,初始容量分別為950.6、1068.1、1116.7 mAh/g,其中鹽洗改性沸石/S復(fù)合材料表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。表明鹽洗改性后的復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的電化學(xué)性能,且該方法簡單易行,制備周期短。最后采用比表面積更大,孔隙結(jié)構(gòu)更加發(fā)達的13X沸石分子篩作為正極硫的載體,它的比表面積是223.05 m2/g。通過熱熔融法注硫制備了含硫40%的13X沸石分子篩/S復(fù)合材料,在0.2 C的電流密度下,13X沸石分子篩/S復(fù)合正極材料初始放電比容量高于之前的改性材料,能夠達到1284.3 mAh/g,200次循環(huán)后也能維持在較高的水平,保持在850.9 mAh/g,容量保持率達到66%。這說明13X沸石分子篩/S復(fù)合材料具有較好的循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 沸石/S復(fù)合材料 13X沸石分子篩 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 鋰硫電池概述9-14
• 1.1.1 鋰硫電池的結(jié)構(gòu)和工作原理10-12
• 1.1.2 鋰硫電池存在的主要問題及相關(guān)解決方法12-14
• 1.2 鋰硫電池正極材料研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 碳-硫復(fù)合材料15-16
• 1.2.2 導(dǎo)電聚合物-硫復(fù)合材料16-17
• 1.2.3 金屬氧化物-硫復(fù)合材料17
• 1.3 鋰硫電池負極材料研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 鋰硫電池電解液研究現(xiàn)狀18
• 1.5 沸石簡介18-20
• 1.5.1 沸石的結(jié)構(gòu)特性19
• 1.5.2 沸石的主要用途19-20
• 1.6 本論文的研究意義和研究內(nèi)容20-22
• 第2章 實驗方法22-27
• 2.1 實驗材料和儀器設(shè)備22-23
• 2.1.1 實驗材料22-23
• 2.1.2 實驗儀器設(shè)備23
• 2.2 樣品形貌和結(jié)構(gòu)表征方法23-24
• 2.2.1 X射線衍射(XRD)23
• 2.2.2 掃描電鏡分析(SEM)23-24
• 2.2.3 比表面積測試(BET)24
• 2.3 鋰硫電池的組裝過程及其電化學(xué)性能測試方法24-27
• 2.3.1 極片制備和扣式電池組裝過程24-25
• 2.3.2 恒電流充放電循環(huán)測試25-26
• 2.3.3 交流阻抗測試(EIS)26
• 2.3.4 循環(huán)伏安測試(CV)26-27
• 第3章 Zeolite/S復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究27-33
• 3.1 引言27
• 3.2 Zeolite的預(yù)處理及Zeolite/S復(fù)合材料的制備27-28
• 3.2.1 Zeolite的前處理工藝流程27
• 3.2.2 Zeolite/S復(fù)合材料的制備27-28
• 3.3 形貌和結(jié)構(gòu)表征28-30
• 3.4 電化學(xué)性能研究30-32
• 3.5 小結(jié)32-33
• 第4章 酸洗、鹽洗改性Zeolite/S復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究33-45
• 4.1 引言33
• 4.2 改性Zeolite/S復(fù)合材料的制備33-34
• 4.2.1 酸洗改性33
• 4.2.2 鹽洗改性33-34
• 4.2.3 改性實驗方案設(shè)計34
• 4.3 鹽洗、酸洗改性后材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征34-36
• 4.4 不同注硫量的循環(huán)性能比較36-39
• 4.5 天然沸石、鹽洗改性沸石注硫前后的形貌和結(jié)構(gòu)表征39-41
• 4.6 天然沸石/S、鹽洗沸石/S復(fù)合材料的電化學(xué)性能比較41-43
• 4.7 小結(jié)43-45
• 第5章 13X沸石分子篩/硫復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究45-52
• 5.1 引言45
• 5.2 13X沸石分子篩/硫復(fù)合材料的制備45-46
• 5.3 形貌和結(jié)構(gòu)表征46-48
• 5.4 電化學(xué)性能研究48-51
• 5.5 小結(jié)51-52
• 第6章 總結(jié)與展望52-54
• 6.1 論文總結(jié)52-53
• 6.2 工作展望53-54
• 參考文獻54-60
• 致謝60-61
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果61

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