本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池正極復(fù)合材料的研究

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【摘要】：近年來(lái)鋰硫電池憑借其高能量密度、綠色環(huán)保和低成本等特點(diǎn),已成為未來(lái)動(dòng)力電池最具吸引力的體系之一。而鋰硫電池正極材料因硫的絕緣性以及放電中間產(chǎn)物的溶解性,成為近年的研究熱點(diǎn)。本文使用廉價(jià)的、更具商業(yè)化潛質(zhì)的活性炭,與升華硫復(fù)合制備鋰硫電池正極材料,來(lái)改善其電化學(xué)性能。通過(guò)300℃氣相蒸硫及脫硫處理,分別制備出四種不同活性炭/硫復(fù)合物,發(fā)現(xiàn)每種復(fù)合物的載硫量均不一樣,通過(guò)對(duì)吸脫附曲線進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)載硫量與活性炭的比表面積和孔容并無(wú)直接關(guān)系,而在活性炭孔徑2.25nm-3.23nm以下的總孔容卻能滿足復(fù)合物的載硫量規(guī)律,即2.25nm-3.23nm以下的孔體積越大,載硫量越高。從四種不同活性炭/硫復(fù)合材料在醚類(lèi)電解液中的放電曲線可以發(fā)現(xiàn),ZX999/S和YP50F/S硫碳復(fù)合物的放電曲線中有新平臺(tái)(1.5V-1.8V)的出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)鋰硫電池放電機(jī)理以及活性炭結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,得到新平臺(tái)的出現(xiàn)得益于活性炭中0.87-0.68nm孔徑以下的孔道結(jié)構(gòu),即在此孔徑以下的孔道中富含小硫分子(S2-4)。此外,此富含小硫分子的復(fù)合物在碳酸酯類(lèi)電解液中表現(xiàn)出了很好的電化學(xué)循環(huán)性能。將石墨烯、活性炭、Super-p三種碳材料作為涂層,制備出類(lèi)似于三明治的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)正極材料,此結(jié)構(gòu)充分利用碳涂層和隔膜兩層物質(zhì),改善了正極材料的電化學(xué)性能。石墨烯因其特殊的片狀結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電性,以及活性炭的高比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu),當(dāng)其作為涂層時(shí),首次放電中硫的利用率均能達(dá)到90%左右,且24次充放電循環(huán)后,比容量依然保持在1000m Ah/g左右。通過(guò)球磨活性炭YP50F和相應(yīng)的表征發(fā)現(xiàn),球磨后的活性炭比表面積和孔容相應(yīng)增大,而粒徑大幅度減小。當(dāng)采用液相復(fù)合制備出復(fù)合物后,發(fā)現(xiàn)在藍(lán)電測(cè)試中,首次放電復(fù)合物中硫的利用率由68%提高到了95%,且60次循環(huán)后,比容量的保持量從600m Ah/g提高到了900m Ah/g。將球磨后未脫硫的復(fù)合物進(jìn)行不同脫硫方式比較,發(fā)現(xiàn)CS2液相脫硫的復(fù)合物不但載硫量(41%)比300℃氣相脫硫(38%)高,而且在藍(lán)電測(cè)試中,液相脫硫復(fù)合物的放電中壓高于氣相脫硫;除此之外,30次循環(huán)后,液相脫硫復(fù)合物比容量保持在1200m Ah/g左右,而氣相脫硫的復(fù)合物僅維持在1000m Ah/g左右。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 碳材料 硫/碳材料 活性炭
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰電池發(fā)展概述10-12
• 1.3 鋰硫電池概述及原理12-15
• 1.3.1 鋰硫電池概述12
• 1.3.2 鋰硫電池原理12-14
• 1.3.3 鋰硫正極材料存在的問(wèn)題和解決途徑14-15
• 1.4 鋰硫電池正極材料的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.4.1 碳材料15-18
• 1.4.2 無(wú)機(jī)二元金屬硫化物18
• 1.4.3 導(dǎo)電聚合物18-20
• 1.4.4 納米金屬氧化物20
• 1.5 本論文的研究目的和主要內(nèi)容20-22
• 2 實(shí)驗(yàn)方法22-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和常用儀器22-23
• 2.1.1 主要的實(shí)驗(yàn)試劑22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器22-23
• 2.2 材料的結(jié)構(gòu)表征23-24
• 2.2.1 X射線衍射分析23
• 2.2.2 等溫吸脫附曲線分析23-24
• 2.2.3 掃描電鏡分析24
• 2.2.4 熱重分析儀分析24
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試24-26
• 2.3.1 級(jí)片的制備和紐扣電池的組裝24-25
• 2.3.2 藍(lán)電(Land)電池測(cè)試系統(tǒng)25-26
• 3 活性炭孔徑分布對(duì)鋰硫正極材料的影響研究26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分26-27
• 3.2.1 活性炭/硫復(fù)合材料的制備方法26-27
• 3.2.2 樣品表征27
• 3.2.3 極片制備27
• 3.2.4 電化學(xué)測(cè)試27
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論27-36
• 3.3.1 X射線衍射(XRD)分析27-28
• 3.3.2 掃描電鏡(SEM)分析28-29
• 3.3.3 吸脫附曲線分析29-31
• 3.3.4 熱重?cái)?shù)據(jù)分析31-33
• 3.3.5 電化學(xué)性能分析33-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 鋰硫電池多層復(fù)合正極材料研究37-47
• 4.1 引言37-38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分38
• 4.2.1 多層復(fù)合正極材料的制備38
• 4.2.2 材料表征38
• 4.2.3 級(jí)片制備38
• 4.2.4 模擬電池的組裝及電化學(xué)性能測(cè)試38
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-45
• 4.3.1 碳材料的吸脫附曲線分析38-40
• 4.3.2 掃描電鏡及電池級(jí)片照片分析40-43
• 4.3.3 復(fù)合多層結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能分析43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 5 活性炭/硫正極材料復(fù)合及除硫工藝研究47-65
• 5.1 引言47
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分47-48
• 5.2.1 活性炭/硫復(fù)合材料的制備47-48
• 5.2.2 碳材料及復(fù)合材料的表征48
• 5.2.3 級(jí)片制備48
• 5.2.4 模擬電池的組裝及電化學(xué)性能測(cè)試48
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論48-63
• 5.3.1 X射線衍射（XRD）分析48-49
• 5.3.2 碳材料的吸脫附曲線分析49-53
• 5.3.3 掃描電鏡（SEM）分析53-56
• 5.3.4 TGA-DSC和硫碳分析儀分析56-57
• 5.3.5 復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析57-63
• 5.4 本章小結(jié)63-65
• 6 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71

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