本文選題：鋰硫電池 + 碳-硫復(fù)合材料��； 參考：《中南大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：摘要：近年來(lái),鋰硫電池成為世界各國(guó)備受關(guān)注的新一代高能二次電池。在鋰硫電池正極材料中,碳-硫復(fù)合材料是最有潛力的,并取得了很大的研究進(jìn)展,但是仍存在一些問(wèn)題,如中間產(chǎn)物在電解液中的溶解擴(kuò)散,高倍率條件下電化學(xué)性能不理想,復(fù)合材料中硫含量低等。針對(duì)上述問(wèn)題,本文在國(guó)家自然基金(51274240與51204209)的資助下,以鋰硫電池碳-硫復(fù)合材料為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)碳載體的納米雜化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氮摻雜改性研究,在一定程度上有效解決了這些問(wèn)題。論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)為解決多孔碳-硫復(fù)合材料中多硫化鋰的溶解擴(kuò)散問(wèn)題,設(shè)計(jì)了由石墨烯(RGO)和介孔碳CMK-3兩種碳材料構(gòu)成的雜化納米結(jié)構(gòu)碳載體,并制備了復(fù)合材料RGO@CMK-3/S。包覆在CMK-3/S顆粒表面的RGO不僅能夠進(jìn)一步提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性,而且能夠起到物理阻隔的屏障和化學(xué)吸附的作用抑制或避免多硫化鋰的擴(kuò)散遷移。測(cè)試結(jié)果顯示,0.5C倍率下,100次循環(huán)后,RGO@CMK-3/S仍能保持約734mAh·g-1的可逆比容量。 (2)為改善碳-硫復(fù)合材料在高倍率下的電化學(xué)性能,設(shè)計(jì)了由RGO和多壁碳納米管網(wǎng)(MWCNTs-W)構(gòu)成的三維雜化納米結(jié)構(gòu)碳載體,并制備了復(fù)合材料RG0@MWCNTs-W/S。在高溫條件下,多壁碳納米管經(jīng)過(guò)KOH的化學(xué)活化作用后,管壁表面變得粗糙并引入了一些含氧官能團(tuán),這些缺陷有利于單質(zhì)硫在MWCNTs-W中的均勻分布。由于MWCNTs-W和RGO能提供快速的電子和Li+傳輸通道,因此RGO@MWCNTs-W/S能夠適應(yīng)快速的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,5C倍率下,200次循環(huán)后可逆比容量高達(dá)620mAh g-1。 (3)采取化學(xué)還原法和高溫?zé)峤夥ǖ确椒ㄖ苽淞说獡诫s改性的多孔碳纖維(N-PCNF),隨后制備了復(fù)合材料N-PCNF/S。氮摻雜不僅可以有效提高碳載體的導(dǎo)電性,而且還能在一定程度上改善碳載體對(duì)多硫化鋰的吸附性能。測(cè)試結(jié)果表明,1C倍率下,200次循環(huán)后,含硫量為77.01wt%的N-PCNF/S依然表現(xiàn)出高達(dá)666.0mAh g-1的可逆比容量。因此,結(jié)合一維納米結(jié)構(gòu)和氮摻雜兩方面優(yōu)勢(shì)對(duì)碳載體進(jìn)行改性是另一種有效提高碳-硫復(fù)合材料電化學(xué)性能的途徑。
[Abstract]:Abstract: in recent years, lithium-sulfur batteries have become a new generation of high-energy secondary batteries around the world.Among the cathode materials for lithium-sulfur batteries, carbon-sulfur composites are the most promising materials, and great progress has been made. However, there are still some problems, such as the dissolution and diffusion of intermediate products in the electrolyte.At high rate, the electrochemical performance is not ideal, and the sulfur content in the composites is low.In order to solve the above problems, this paper, supported by the National Fund for Nature, 51274240 and 51204209, studied the carbon / sulfur composite materials of lithium sulfur batteries through the design of nano-hybrid structure of carbon support and the modification of nitrogen doping.To a certain extent, these problems are effectively solved.The main contents and conclusions are as follows:In order to solve the problem of solubilization and diffusion of lithium polysulfide in porous carbon-sulfur composites, hybrid nanostructured carbon carriers composed of graphene (RGO) and mesoporous carbon (CMK-3) were designed, and the composite RGO-CMK-3 / S was prepared.RGO coated on the surface of CMK-3/S particles can not only improve the electrical conductivity of composites, but also inhibit or avoid the diffusion and migration of lithium polysulfide as a barrier of physical barrier and chemisorption.The results show that the reversible specific capacity of 734mAh g-1 can be maintained after 100 cycles at 0.5 C ratio.In order to improve the electrochemical performance of carbon-sulfur composites at high rate, a three-dimensional hybrid nanostructured carbon carrier composed of RGO and MWCNTs-WW was designed, and the composite RG0MWCNTs-W / S was prepared.At high temperature, the surface of multi-walled carbon nanotubes becomes rough and some oxygen-containing functional groups are introduced after the chemical activation of KOH. These defects are conducive to the uniform distribution of elemental sulfur in MWCNTs-W.Because MWCNTs-W and RGO can provide fast electron and Li transport channels, RGO@MWCNTs-W/S can adapt to the rapid electrochemical reaction process and the reversible specific capacity is as high as 620mAh g-1 after 200 cycles.(3) N-doped porous carbon fiber N-PCNFN was prepared by chemical reduction and pyrolysis at high temperature, then the composite N-PCNF / S was prepared.Nitrogen doping can not only effectively improve the conductivity of carbon support, but also improve the adsorption performance of carbon carrier to lithium polysulfide to some extent.The results showed that the reversible specific capacity of N-PCNF/S with sulfur content of 77.01 wt% was as high as 666.0mAh g-1 after 200 cycles.Therefore, it is another effective way to improve the electrochemical performance of carbon-sulfur composites by combining the advantages of one-dimensional nanostructure and nitrogen doping.
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM912

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李偉;姚岑;吳興隆;謝海明;孫立群;王榮順;;高比能鋰-硫電池研究進(jìn)展[J];分子科學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

2 郭玉強(qiáng);陳克;劉敏;張娜;趙小琴;馬偉;劉樹(shù)和;陳永;;制備椰殼基活性炭用于鋰硫電池[J];電池;2013年06期

3 李寅川;梅軍;;摻氮碳納米管的制備及其鋰硫電池性能[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2014年02期

4 張靜;徐倩;李合琴;唐瓊;周矗;喬愷;;鋰硫二次電池研究進(jìn)展[J];電池工業(yè);2014年01期

5 彭佳悅;劉亞利;黃杰;李泓;;鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題(Ⅺ)——鋰空氣電池與鋰硫電池[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2014年05期

6 羅曉華;余瑞芳;;鋰硫電池正極材料研究進(jìn)展[J];電池工業(yè);2014年02期

7 王朝剛;薛銳生;沈曾民;;催化石墨化對(duì)針狀焦微晶結(jié)構(gòu)及性能影響[J];電源技術(shù);2014年11期

8 陳人杰;劉真;李麗;吳鋒;;高比能鋰硫二次電池的電解質(zhì)材料[J];科學(xué)通報(bào);2013年32期

9 索鎏敏;胡勇勝;李泓;王兆翔;陳立泉;黃學(xué)杰;;高比能鋰硫二次電池研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2013年31期

10 金朝慶;謝凱;洪曉斌;;鋰硫電池電解質(zhì)研究進(jìn)展[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 馬聰聰;缺陷石墨烯在氣敏傳感器和鋰離子電池中的應(yīng)用[D];北京化工大學(xué);2013年

2 孫福根;鋰硫電池硫正極材料的設(shè)計(jì)、制備及性能研究[D];華東理工大學(xué);2014年

3 李國(guó)春;硫基復(fù)合材料制備與電化學(xué)性能研究[D];南開(kāi)大學(xué);2013年

4 徐桂良;多電子反應(yīng)電極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和儲(chǔ)鋰性能研究[D];廈門大學(xué);2014年

5 盧松濤;石墨烯改性鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

6 張凱;鋰硫電池正極改性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電化學(xué)性能研究[D];中南大學(xué);2014年

7 袁艷;鋰硫電池硫基正極材料與電解液研究[D];中南大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 謝秋實(shí);硫碳改性制備鋰硫電池的研究[D];武漢工程大學(xué);2013年

2 邱彬;過(guò)渡金屬硫化物（MoS_2，，CoS_2）的合成與電化學(xué)性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

3 陳峰;鋰硫電池球形結(jié)構(gòu)硫正極材料制備及改性研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

4 林珍艷;摻硼呋喃樹(shù)脂炭用作鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];中南大學(xué);2013年

5 郭玉強(qiáng);活性炭的制備、改性及其在鋰硫電池中的應(yīng)用[D];海南大學(xué);2014年

6 楊志;鋰硫電池正極材料的制備及電化學(xué)性能的研究[D];蘭州理工大學(xué);2014年

7 馬新周;鋰硫電池硫基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能[D];吉林大學(xué);2014年

8 徐桂銀;基于多孔碳材料的新型高容量鋰—硫電池正極材料制備及其電化學(xué)性能[D];南京航空航天大學(xué);2014年

9 王健龍;鋰硫電池正極S/C及S/TiO_2復(fù)合材料的制備和性能研究[D];中南大學(xué);2014年

本文編號(hào)：1748226