本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池正極材料的制備及性能研究

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【摘要】：鋰離子二次電池作為普遍商業(yè)化的電池,在社會(huì)生活中起著重要重要的作用,又因其高比容量、高電壓、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色無(wú)污染以及在電動(dòng)汽車(chē)和便攜式電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用,其研究越來(lái)越深入。然而,傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料(如LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4等)其理論比容量較低,越來(lái)越不能滿足社會(huì)需求。單質(zhì)硫其具有理論比容量高、資源豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn),作為一種新型正極材料,被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ恼龢O材料之一。目前鋰硫電池存在單質(zhì)硫的導(dǎo)電性能差、生成的聚硫化物溶于電解液、電極反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生體積膨脹、易產(chǎn)生“穿梭效應(yīng)”、活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)壽命低等問(wèn)題,嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。為了解決硫電極存在的諸多問(wèn)題,本論文從提高導(dǎo)電性能,開(kāi)展了對(duì)硫正極的改性和性能提升的研究工作。1.本文介紹了單質(zhì)硫、聚吡咯和多壁納米碳管合成S/PPy/MWCNTs復(fù)合材料。首先,對(duì)多壁納米碳管首先進(jìn)行酸化處理,而后通過(guò)原位化學(xué)聚合法合成PPy/MWCNTs復(fù)合材料,再通過(guò)熔融擴(kuò)散法得到S/PPy/MWCNTs復(fù)合材料。為了研究MWCNTs含量對(duì)PPy/MWCNTs復(fù)合材料性能的影響,分別添加了15%、25%、35%(質(zhì)量比)的MWCNTs來(lái)改善復(fù)合材料的電化學(xué)性能。與其他材料相比,S/PPy/MWCNTs-25%的復(fù)合材料表現(xiàn)出最好的電化學(xué)穩(wěn)定性和放電比容量。在200 mA g-1的電流密度下,純相硫電極的放電比容量只有為647 mAh g-1,經(jīng)過(guò)60次循環(huán)后,其放電比容量也僅為101 mAh g-1,與之相S/PPy/MWCNTs-25%復(fù)合材料首圈放電比容量為1282 mAh g-1,60圈循環(huán)后放電比容量依然保持在為510 mAh g-1。2.以單質(zhì)硫?yàn)樵?以模板法合成管狀聚吡咯,通過(guò)對(duì)制備工藝和流程進(jìn)行合理選擇,我們采用簡(jiǎn)單快速的球磨法制備出均勻分散的S-PPy復(fù)合材料,通過(guò)XRD、SEM等多種手段對(duì)研究其形貌和結(jié)構(gòu),同時(shí)對(duì)其循環(huán)性能和倍率性能進(jìn)行了研究。在200 mA g-1的電流密度下,S-PPy初始放電比容量呈現(xiàn)1178 mAh g-1,而在150次循環(huán)后,S-PPy具有675 mAh g-1的放電容量,而純硫電極的初始放電容量只有939 mAh g-1,在150次循環(huán)后,也僅有150 mAh g-1的放電容量。即使在1 C(1 C=1675 mAh g-1)的電流密度下,S-PPy高達(dá)1085 mAh g-1的初始放電比容量,100次循環(huán)后,依然保持在617 mAh g-1的放電比容量。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 正極材料 聚吡咯 導(dǎo)電聚合物 MWCNTs 循環(huán)穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 鋰硫電池概述12-16
• 1.2.1 鋰硫電池工作原理13-15
• 1.2.2 鋰硫電池存在的主要問(wèn)題15-16
• 1.3 鋰硫電池正極復(fù)合材料16-27
• 1.3.0 硫/微孔碳復(fù)合材料16-17
• 1.3.1 硫/介孔碳復(fù)合材料17-19
• 1.3.2 硫/多壁納米碳管或納米纖維復(fù)合材料19-20
• 1.3.3 硫/石墨烯復(fù)合材料20-21
• 1.3.4 硫/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料21-23
• 1.3.5 硫/金屬氧化物復(fù)合材料23-25
• 1.3.6 硫化鋰電極材料25-27
• 1.4 鋰硫電池正極材料的復(fù)合方法27-28
• 1.5 本文的主要工作及意義28-30
• 第二章 電極材料的制備與表征方法30-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器30-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品和試劑30-31
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2.2 材料的物理性能表征31-33
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡31-32
• 2.2.2 傅立葉紅外光譜分析32
• 2.2.3 XRD分析32
• 2.2.4 透射電子顯微鏡32-33
• 2.2.5 TGA分析33
• 2.3 正極的制備與紐扣電池的組裝33-34
• 2.4 電化學(xué)性能測(cè)試34-36
• 2.4.1 電池的充放電測(cè)試34
• 2.4.2 電池的循環(huán)伏安測(cè)試34
• 2.4.3 交流阻抗測(cè)試34-36
• 第三章 S/PPy/MWCNTs復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 S/PPy/MWCNTs復(fù)合材料的制備與電化學(xué)測(cè)試37-38
• 3.2.1 S/PPy/MWCNTs復(fù)合材料的制備37-38
• 3.2.2 電池組裝及測(cè)試條件38
• 3.3 S/PPy/MWCNTs復(fù)合材料的表征與電化學(xué)性能38-42
• 3.3.1 XRD分析38-40
• 3.3.2 掃描電鏡與透射電鏡分析40-42
• 3.4 電化學(xué)性能測(cè)試42-48
• 3.4.1 伏安曲線42-44
• 3.4.2 充放電曲線44-45
• 3.4.3 循環(huán)性能45-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 S-PPy復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-51
• 4.2.1 S-PPy復(fù)合材料的制備50-51
• 4.2.2 電極片制備與測(cè)試51
• 4.3 S-PPy復(fù)合材料的表征51-56
• 4.3.1 XRD分析51-52
• 4.3.2 紅外分析52-53
• 4.3.3 TGA分析53-54
• 4.3.4 掃描電鏡和透射電鏡分析54-56
• 4.4 電化學(xué)性能分析56-62
• 4.4.1 伏安曲線56-57
• 4.4.2 充放電曲線57-58
• 4.4.3 循環(huán)性能58-60
• 4.4.4 倍率性能60-61
• 4.4.5 交流阻抗61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第五章 全文總結(jié)與展望64-66
• 5.1 全文總結(jié)64
• 5.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果76-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：929153