本文關(guān)鍵詞：多孔生物質(zhì)碳材料在鋰硫電池中的應(yīng)用及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰硫電池的理論比容量為1675 mAh/g,理論能量密度為2600 wh/kg,均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的鋰離子電池,且硫的價格低廉、儲量豐富、對環(huán)境友好,因而被認(rèn)為是下一代高能量密度鋰離子電池的最佳選擇之一。但是鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用仍受到多個方面的限制:一方面是單質(zhì)硫本身的電子導(dǎo)電率過低,存在嚴(yán)重的極化,使得電子在活性材料表面的傳輸效率低下,嚴(yán)重制約著電池的倍率性能的提升;另一方面是活性硫在放電的過程中會分解產(chǎn)生可溶于電解液的多硫化物等中間產(chǎn)物,從而引起較嚴(yán)重的“穿梭效應(yīng)”嚴(yán)重降低了電池的充放電比容量及和庫倫效率。針對上述問題,本論文以生物質(zhì)碳材料為研究對象,以不同的生物質(zhì)材料作為碳源,通過化學(xué)造孔及高溫?zé)峤獾姆椒ㄖ苽涑霾煌嗫捉Y(jié)構(gòu)的生物質(zhì)碳材料,并對其進(jìn)行導(dǎo)電性及比表面積等相關(guān)測試,篩選出高導(dǎo)電性及高比表面積的多孔生物質(zhì)碳基體與單質(zhì)硫材料進(jìn)行復(fù)合,制備出新型優(yōu)異的鋰硫電池正極材料。本論文采用XRD、Raman、BET、SEM、TEM等手段對這些材料的成分及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試分析。并通過使用恒流充放電技術(shù)和交流阻抗測試等手段對復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測試分析,本論文的研究工作主要包括以下兩個方面:(1)以生物質(zhì)竹子材料作為碳源,氫氧化鉀溶液為造孔劑,用真空管式爐進(jìn)行高溫?zé)峤庵苽涠嗫字裉疾牧喜⒑蛦钨|(zhì)硫進(jìn)行復(fù)合。結(jié)果表明:當(dāng)氫氧化鉀濃度為1.5 mol/L,碳化溫度為850°C時所制備的多孔竹炭的比表面積為1565.4 m~2/g,孔容為0.95 cm~3/g;硫碳復(fù)合材料中硫的百分含量為86%,復(fù)合正極材料以0.1 C倍率放電,首次放電比容量為1160 mAh/g;以0.2 C倍率放電時,首次和第一百次放電比容量分別為930 mAh/g和710 mAh/g,庫倫效率保持在90%以上,其電化學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于以純硫作為鋰硫正極的電化學(xué)性能。(2)以生物質(zhì)小麥秸稈材料作為碳源,采用活化、高溫?zé)峤獾姆椒ㄖ苽涑龈邔?dǎo)電性、大比表面積的多孔小麥秸稈碳,比表面積和孔容分別為1066 m~2/g和0.62cm~3/g,平均孔徑為2.33 nm。結(jié)果表明,當(dāng)復(fù)合材料中硫的含量為74%時,電池在0.1 C倍率下放電,初始放電比容量達(dá)1213 mAh/g,循環(huán)一百次后仍保留870mAh/g,單次循環(huán)的衰減量約為0.11%,電池循環(huán)性能較穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 正極材料 多孔結(jié)構(gòu) 生物質(zhì)碳 電化學(xué)
【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】：TQ127.11;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鋰離子電池發(fā)展歷程10-12
• 1.3 鋰硫電池概述12-15
• 1.3.1 鋰硫電池的發(fā)展簡史12
• 1.3.2 硫的性質(zhì)及硫電極材料12-13
• 1.3.3 鋰硫電池的工作原理13-14
• 1.3.4 鋰硫電池面臨的挑戰(zhàn)及解決辦法14-15
• 1.4 碳材料在鋰硫電池中的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.4.1 碳基材料的分類及制備15-17
• 1.4.2 碳納米管17
• 1.4.3 碳納米纖維17-18
• 1.4.4 石墨烯18
• 1.4.5 多孔碳材料18-20
• 1.5 選題意義及需解決的問題20-21
• 1.6 本文的研究內(nèi)容21-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法22-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23
• 2.3 材料的形貌及結(jié)構(gòu)測試23-26
• 2.3.1 X射線衍射測試23-24
• 2.3.2 熱重分析24-25
• 2.3.3 比表面積分析25
• 2.3.4 掃描電鏡分析25
• 2.3.5 透射及電子能譜分析25-26
• 2.4 扣式電池組裝及電化學(xué)性能測試26-29
• 2.4.1 手套箱的使用26-27
• 2.4.2 電極材料的制備及電池的組裝27
• 2.4.3 電池充放電性能測試27-28
• 2.4.4 交流阻抗測試28
• 2.4.5 循環(huán)伏安測試28-29
• 第3章 多孔竹碳材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程29-30
• 3.3 多孔竹碳及碳硫復(fù)合材料的物相及形貌分析30-35
• 3.4 多孔竹碳載硫復(fù)合正極材料的電化學(xué)性能分析35-39
• 3.4.1 循環(huán)伏安分析35-37
• 3.4.2 倍率及循環(huán)性能分析37
• 3.4.3 極片循環(huán)前后形貌分析37-38
• 3.4.4 交流阻抗分析38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第4章 小麥秸稈生物質(zhì)碳材料在鋰硫電池正極中的應(yīng)用41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程41-42
• 4.3 材料性能分析42-47
• 4.3.1 XRD分析42
• 4.3.2 熱重分析42-43
• 4.3.3 比表面積測試及孔徑分析43-44
• 4.3.4 拉曼測試44-45
• 4.3.5 SEM及TEM分析45-47
• 4.4 電化學(xué)性能分析47-50
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試47-48
• 4.4.2 倍率性能分析48
• 4.4.3 循環(huán)性能分析48-49
• 4.4.4 交流阻抗分析49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 第5章 總結(jié)與展望52-54
• 5.1 工作總結(jié)52
• 5.2 工作展望52-54
• 致謝54-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 個人簡歷、攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文61

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本文編號：803415