發(fā)布時(shí)間：2017-08-15 17:31

  本文關(guān)鍵詞：Li-S電池多孔正極復(fù)合材料的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： Li-S電池 多孔碳 納米氧化亞銅 硫/碳復(fù)合材料 電化學(xué)性能

【摘要】：Li-S電池是以元素硫或硫化物為正極,金屬鋰為負(fù)極的二次電池。Li-S電池的理論比容量高達(dá)1675 mAh/g,理論能量密度為2600 Wh/Kg,被認(rèn)為是未來最有希望的儲能裝置。此外,元素硫在地殼中儲量豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。然而,Li-S電池目前仍面臨著許多問題：(1)單質(zhì)硫不導(dǎo)電,導(dǎo)致正極材料電導(dǎo)率差；(2)單質(zhì)硫與鋰反應(yīng)生成多硫化鋰易溶解在電解液中,形成“穿梭效應(yīng)”,使活性物質(zhì)利用率降低和電池循環(huán)穩(wěn)定性變差,并在鋰負(fù)極上形成硫化鋰枝晶沉淀,易戳破隔膜；(3)硫被還原成多硫化鋰,體積膨脹70%。本文通過改變硫碳正極材料的結(jié)構(gòu)和金屬氧化物摻雜來改善Li-S電池的性能。主要從以下幾個方面開展研究工作：(1)通過硬模板法制備多孔碳,改變硫碳的質(zhì)量配比,研究硫碳比對Li-S電池硫碳復(fù)合正極材料的影響。結(jié)果表明：S：C=4：1時(shí),硫碳復(fù)合正極材料裝配成的電池在0.2 C的放電倍率下首次放電容量為1390 mAh/g,100次循環(huán)后仍能保持520 mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定性在三種配比中最佳(S：C=3：1、4：1、5：1)。(2)以葡萄糖為碳源,納米碳酸鈣為模板制備不同模板比例的多孔碳,研究模板比例對Li-S電池硫碳復(fù)合正極材料的影響。結(jié)果表明,葡萄糖：碳酸鈣=4：4制備的碳材料比表面積最大(1437.51 m2/g),與硫復(fù)合后的正極材料裝配成的電池,在0.1C的放電倍率下,首次放電容量最高(1480 mAh/g),100次充放電循環(huán)后仍能保持600 mAh/g。(3)分別以葡萄糖和聚乙烯醇為碳源先驅(qū)體,按相同的模板比例制備多孔碳材料,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),葡萄糖為碳源制備的多孔碳材料,與硫復(fù)合后的正極材料裝配成的電池性能更優(yōu)越,在0.2 C的放電倍率下,首次放電容量為1390 mAh/g,100次充放電循環(huán)后仍能保持520 mAh/g。(4)在S/C正極材料中摻入不同含量的Cu20,結(jié)果表明摻入Cu20的正極材料裝配的電池其循環(huán)穩(wěn)定性得到了較好的提高,其中Cu20摻入量為10%的正極材料(MC-Cu2O(10%)-S)的電池電化學(xué)性能最佳,在0.2 C的放電倍率下,首次放電容量為1500 mAh/g,100次循環(huán)后仍能保持700 mAh/g。
【關(guān)鍵詞】：Li-S電池 多孔碳 納米氧化亞銅 硫/碳復(fù)合材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-18
• 第一章 緒論18-32
• 1.1 Li-S電池國內(nèi)外發(fā)展概況18-19
• 1.2 Li-S電池工作原理19-20
• 1.3 Li-S電池正極材料20-25
• 1.3.1 無機(jī)硫化物21
• 1.3.2 硫/碳復(fù)合材料21-24
• 1.3.3 硫/聚合物復(fù)合材料24
• 1.3.4 硫/金屬氧化物復(fù)合材料24-25
• 1.4 Li-S電池電解質(zhì)材料25-27
• 1.4.1 有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)25-27
• 1.4.2 凝膠聚合物電解質(zhì)27
• 1.4.3 固態(tài)電解質(zhì)27
• 1.5 Li-S電池負(fù)極材料27-28
• 1.6 Li-S電池目前存在的問題28-29
• 1.6.1 硫和氧化還原產(chǎn)物硫化鋰的絕緣性28
• 1.6.2 多硫離子的“穿梭效應(yīng)”28-29
• 1.6.3 鋰負(fù)極的穩(wěn)定性29
• 1.7 Li-S電池問題的解決方法29-30
• 1.7.1 多孔碳載體29
• 1.7.2 電極添加劑29-30
• 1.7.3 阻擋層設(shè)計(jì)30
• 1.7.4 電解液添加劑30
• 1.8 本課題的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)30-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法32-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟33-34
• 2.2.1 多孔碳材料的制備33
• 2.2.2 正極材料的制備33-34
• 2.2.3 電解液的配制34
• 2.2.4 電池的組裝34
• 2.2.5 電池的測試34
• 2.3 材料的表征34-36
• 2.3.1 XRD測試34-35
• 2.3.2 HRTEM測試35
• 2.3.3 FESEM測試35-36
• 2.3.4 BET測試36
• 2.4 電化學(xué)性能測試36-37
• 2.4.1 電池充放電性能測試36
• 2.4.2 交流阻抗測試36-37
• 2.4.3 循環(huán)伏安測試37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 不同硫含量的S/C復(fù)合正極材料的制備與性能研究38-43
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法38-39
• 3.2.1 S/C復(fù)合材料的制備38
• 3.2.2 正極片的制備38
• 3.2.3 電池裝配38-39
• 3.3 材料的表征39-40
• 3.3.1 XRD測試39
• 3.3.2 FESEM測試39-40
• 3.4 電化學(xué)性能測試40-42
• 3.4.1 電池循環(huán)性能測試40-42
• 3.5 小結(jié)42-43
• 第四章 不同碳材料的S/C復(fù)合正極材料的制備及性能研究43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 模板比例對Li-S電池S/C復(fù)合正極材料性能的影響43-50
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方法43-44
• 4.2.1.1 多孔碳材料的制備43-44
• 4.2.1.2 S/C復(fù)合材料的制備44
• 4.2.1.3 電極片的制備44
• 4.2.1.4 電池的組裝44
• 4.2.2 材料的表征44-47
• 4.2.2.1 BET測試44-45
• 4.2.2.2 XRD測試45-46
• 4.2.2.3 FESEM測試46-47
• 4.2.3 電化學(xué)性能測試47-49
• 4.2.3.1 電池循環(huán)性能測試47-48
• 4.2.3.2 交流阻抗測試48-49
• 4.2.4 小結(jié)49-50
• 4.3 不同碳源制備的多孔碳對S/C復(fù)合材料性能的影響50-57
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)50
• 4.3.1.1 多孔碳材料的制備50
• 4.3.1.2 復(fù)合正極材料的制備50
• 4.3.1.3 電池的組裝50
• 4.3.2 材料表征50-53
• 4.3.2.1 BET測試50-51
• 4.3.2.2 XRD測試51-52
• 4.3.2.3 FESEM測試52
• 4.3.2.4 HRTEM測試52-53
• 4.3.3 電化學(xué)性能測試53-55
• 4.3.3.1 電池循環(huán)性能測試53-54
• 4.3.3.2 交流阻抗測試54-55
• 4.3.3.3 循環(huán)伏安測試55
• 4.3.4 小結(jié)55-57
• 第五章 MC-Cu_2O-S復(fù)合正極材料的制備及性能研究57-66
• 5.1 引言57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)57-58
• 5.2.1 MC-Cu_2O-S復(fù)合正極材料的制備57
• 5.2.2 電極的制備57
• 5.2.3 電池的組裝57-58
• 5.3 材料的表征58-62
• 5.3.1 XRD測試58
• 5.3.2 FESEM測試58-60
• 5.3.3 HRTEM測試60-62
• 5.4 電化學(xué)性能測試62-65
• 5.4.1 電池循環(huán)性能測試62-63
• 5.4.2 交流阻抗測試63-64
• 5.4.3 循環(huán)伏安測試64-65
• 5.5 小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況73

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本文編號：679434