鋰硫電池具有高容量、低成本及環(huán)境友好等優(yōu)點,成為了極具前景的未來新一代高容量鋰電池。但是,硫及鋰硫電池內部電化學反應終產物Li2S2、Li2S具有電子和離子絕緣性,加上鋰硫電池內部電化學反應中間產物聚硫鋰在電解液中溶解度高,易發(fā)生遷移,形成穿梭效應,使得鋰硫電池的整體性能下降。對此,本文引入氧化石墨烯、石墨烯及介孔炭等高導電碳材料作為硫的載體。氧化石墨烯、石墨烯及介孔炭都具有較高的比表面積,同時氧化石墨烯的含氧官能團及介孔炭的孔洞都對聚硫鋰有著較強的吸附性,可以在很大程度上改善鋰硫電池的性能。本文運用一步反應法使得氧化石墨烯和石墨烯與硫復合,合成了氧化石墨烯硫納米復合材料和石墨烯/硫納米復合材料。氧化石墨烯/硫納米復合材料經熱處理后導電率更高,在0.2C放電時,首次放電比容量高達1423 mAh·g-1,50次循環(huán)后,放電比容量可達646mAh·g-1。石墨烯/硫納米復合材料經熱處理后在209 mA·g-1放電時,GNs-S2納米復合材料正極的首次放電比容量為1550 mAh·g-1,達到了理論容量（1675 mAh·g-1）的92.5%,經過30次循環(huán)后,比容量為1033mAh·g-... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子二次電池
        1.2.1 鋰電池負極材料
        1.2.2 鋰電池正極材料
    1.3 鋰硫二次電池
        1.3.1 硫正極的工作原理
        1.3.2 穿梭效應
        1.3.3 鋰硫二次電池的容量衰減機理
    1.4 單質硫/碳復合物正極材料
        1.4.1 單質硫/多孔活性碳復合正極材料
        1.4.2 單質硫/一維碳復合正極材料
        1.4.3 單質硫/石墨烯等二維碳復合正極材料
    1.5 單質硫/碳復合正極材料的制備方法
    1.6 鋰硫電池電解液
    1.7 LiNO_3添加劑對鋰硫電池的影響
    1.8 本課題選題的意義及研究內容
        1.8.1 選題意義
        1.8.2 研究內容
第二章 實驗與測試分析方法
    2.1 本實驗研究方案
    2.2 實驗試劑及儀器
        2.2.1 實驗試劑
        2.2.2 電極制備所用原料
        2.2.3 組裝鋰硫電池所用原料
        2.2.4 實驗設備
    2.3 材料的合成
        2.3.1 氧化石墨烯/硫納米復合材料的制備
        2.3.2 石墨烯/硫納米復合材料的制備
        2.3.3 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的制備
        2.3.4 石墨烯包覆球形介孔炭/硫納米復合材料的制備
    2.4 鋰硫電池正極片的制備及組裝
    2.5 材料的測試與表征
        2.5.1 X射線衍射分析(XRD)
        2.5.2 掃描電鏡分析(SEM)
        2.5.3 透射電鏡分析(TEM,HTEM)
        2.5.4 熱重(TG)分析
        2.5.5 傅里葉紅外測試
        2.5.6 充放電測試
        2.5.7 循環(huán)伏安(CV)分析
        2.5.8 交流阻抗(EIS)分析
第三章 氧化石墨烯/硫納米復合材料的性能研究
    3.1 前言
    3.2 氧化石墨烯/硫納米復合材料的制備
        3.2.1 氧化石墨烯的制備
        3.2.2 氧化石墨烯/硫納米復合材料的制備
        3.2.3 氧化石墨烯/硫納米復合材料正極片的制備及電池組裝測試
    3.3 材料結構表征及及其電化學性能研究
        3.3.1 氧化石墨烯/硫納米復合材料形貌及結構表征
        3.3.2 氧化石墨烯/硫納米復合材料的熱重分析
        3.3.3 氧化石墨烯/硫納米復合材料的性能研究
        3.3.4 交流阻抗測試
    3.4 本章小結
第四章 石墨烯/硫納米復合材料的性能研究
    4.1 前言
    4.2 石墨烯/硫納米復合材料的制備
        4.2.1 石墨烯的制備
        4.2.2 石墨烯/硫納米復合材料的制備
        4.2.3 石墨烯/硫納米復合材料正極片的制備及電池組裝測試
    4.3 材料結構表征及及其電化學性能研究
        4.3.1 石墨烯/硫納米復合材料形貌及結構表征
        4.3.2 石墨烯/硫納米復合材料的熱重分析
        4.3.3 石墨烯/硫納米復合材料的性能研究
        4.3.4 交流阻抗測試
    4.4 本章小結
第五章 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的性能研究
    5.1 前言
    5.2 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的制備
        5.2.1 氧化石墨烯的制備
        5.2.2 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的制備
        5.2.3 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料正極片的制備及電池組裝測試
    5.3 材料結構表征及及其電化學性能研究
        5.3.1 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的形貌及結構表征
        5.3.2 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的熱重分析
        5.3.3 自組裝還原氧化石墨烯/硫納米復合材料的性能研究
        5.3.4 交流阻抗測試
    5.4 本章小結
第六章 石墨烯包覆球形介孔炭/硫納米復合材料的性能研究
    6.1 前言
    6.2 石墨烯包覆球形介孔炭/硫納米復合材料的制備
        6.2.1 球形介孔炭的制備
        6.2.2 球形介孔炭/硫納米復合材料的制備
        6.2.3 石墨烯包覆球形介孔炭/硫納米復合材料的制備
        6.2.4 正極片的制備及電池組裝測試
    6.3 材料結構表征及及其電化學性能研究
        6.3.1 球形介孔炭的結構表征
        6.3.2 熱重分析
        6.3.3 電化學性能研究
        6.3.4 交流阻抗測試
    6.4 本章小結
第七章 結論
參考文獻
致謝
研究成果及發(fā)表的學術論文
作者及導師簡介
碩士研究生學位論文答辯委員會決議書



本文編號：3174610