單質(zhì)硫的理論比容量為1675 mAh g-1,同時具有資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點,與金屬鋰構(gòu)成鋰硫電池,其理論能量密度高達(dá)2600Wh kg-1。因此鋰硫電池被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的可充電電池體系之一。然而單質(zhì)硫的電絕緣性、多硫化物溶解穿梭等問題導(dǎo)致鋰硫電池活性物質(zhì)利用率低、電池循環(huán)壽命短,嚴(yán)重限制了鋰硫電池的商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。本論文通過設(shè)計制備具有特殊結(jié)構(gòu)碳材料作為載硫基體,制備新型碳/硫復(fù)合正極材料來改善鋰硫電池性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：(1)以石墨烯為形貌導(dǎo)向材料,通過水熱反應(yīng)和氫氧化鉀輔助高溫碳化的方法,制備出夾層結(jié)構(gòu)等級多孔碳納米片材料作為載硫基體。包覆在石墨烯表面的多孔碳層保證硫的高負(fù)載量和均勻分布,內(nèi)部的石墨烯層保證復(fù)合材料的高電導(dǎo)率。通過熔融擴(kuò)散的方法制備碳/硫復(fù)合正極材料應(yīng)用于鋰硫電池,具有較好的電化學(xué)性能,0.5 C首次放電比容量達(dá)到1291.5 mAh g-1,循環(huán)100次后放電比容量超過650 mAh g-1.(2)通過靜電吸附的方法,在介孔碳/硫(CMK-3/sulfur)表面自組裝均勻包覆了15-20nm厚度的石墨烯保護(hù)層。經(jīng)過300℃熱處理后,硫均...

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰硫電池概述
        1.2.1 鋰硫電池的結(jié)構(gòu)
        1.2.3 鋰硫電池的工作原理
    1.3 影響鋰硫電池性能的主要因素
        1.3.1 單質(zhì)硫和放電產(chǎn)物的電絕緣性
        1.3.2 中間產(chǎn)物多硫化鋰(Li₂S_n)的溶解及穿梭效應(yīng)
        1.3.3 硫電極循環(huán)中的體積應(yīng)變
    1.4 含單質(zhì)硫正極材料的研究進(jìn)展
        1.4.1 硫/碳復(fù)合材料
            1.4.1.1 多孔碳
            1.4.1.2 碳納米管/碳納米纖維
            1.4.1.3 石墨烯/氧化石墨烯
            1.4.1.4 混合碳材料
        1.4.2 硫/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料
            1.4.2.1 硫/聚吡咯復(fù)合材料
            1.4.2.2 硫/聚苯胺復(fù)合材料
            1.4.2.3 其他硫/聚合物復(fù)合材料
        1.4.3 氧化物添加/包覆
    1.5 LI₂S正極材料研究進(jìn)展
    1.6 鋰硫電池負(fù)極材料研究進(jìn)展
        1.6.1 金屬鋰負(fù)極的防護(hù)
        1.6.2 無金屬鋰負(fù)極
    1.7 選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容
第二章 實驗方法和設(shè)備
    2.1 實驗試劑與設(shè)備
        2.1.1 化學(xué)試劑
        2.1.2 儀器和設(shè)備
    2.2 材料表征
        2.2.1 材料成分物相分析
        2.2.2 材料微觀形貌分析
        2.2.3 材料微觀結(jié)構(gòu)分析
        2.2.4 材料熱重分析
        2.2.5 材料比表面積和孔徑分布分析
        2.2.6 材料表面電荷性質(zhì)測試
    2.3 材料電化學(xué)性能測試
        2.3.1 電極片的制備
        2.3.2 電池裝配
        2.3.3 恒電流充放電測試
        2.3.4 循環(huán)伏安測試
        2.3.5 電化學(xué)阻抗譜測試
第三章 夾層結(jié)構(gòu)等級多孔碳納米片的制備及在鋰硫電池中的應(yīng)用
    3.1 引言
    3.2 材料的制備
        3.2.1 夾層結(jié)構(gòu)等級多孔碳納米片的制備
        3.2.2 SHPC/S復(fù)合材料的制備
    3.3 材料的結(jié)構(gòu)和形貌分析
        3.3.1 SHPC材料的形貌和結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 SHPC/S復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)分析
    3.4 電化學(xué)性能測試
    3.5 本章小結(jié)
第四章 石墨烯包覆介孔碳/硫復(fù)合正極材料的制備與電化學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料的制備
        4.2.1 介孔碳CMK-3以及原始CMK-3/sulfur復(fù)合材料的制備
        4.2.2 rGO@CMK-3/sulfur復(fù)合材料的制備
    4.3 材料的結(jié)構(gòu)和形貌分析
    4.4 電化學(xué)性能測試
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
個人簡歷
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3993717