本文關(guān)鍵詞：納米石墨片的制備及其在鋰-硫電池中的應(yīng)用研究

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【摘要】：鋰-硫電池具有很高的理論容量和能量密度,且單質(zhì)硫成本低廉、來(lái)源廣泛和環(huán)境友好,因此鋰-硫電池備受研究者關(guān)注。但是,鋰-硫電池也存在單質(zhì)硫?qū)щ娦圆睢⒎烹姰a(chǎn)物易沉積等缺點(diǎn),造成充放電比容量衰減及循環(huán)壽命縮短。近些年,研究者們致力于將硫單質(zhì)與其他材料進(jìn)行復(fù)合,以提升鋰-硫電池的整體性能。納米石墨片具有導(dǎo)電性好、缺陷結(jié)構(gòu)少和比表面積較高等特點(diǎn),將其與硫進(jìn)行復(fù)合,有望成為良好的鋰-硫電池電極材料。本論文采用液相剝離與機(jī)械球磨相結(jié)合的方式制備了納米石墨片,進(jìn)而將其與硫、電紡碳納米纖維、銀納米線等材料進(jìn)行復(fù)合,得到了一系列新型的復(fù)合納米材料,并采用SEM/EDS、XRD、Raman和TG等手段進(jìn)行了較為系統(tǒng)的表征,最后將所制備的一些復(fù)合材料制作成鋰-硫電池,研究其電化學(xué)性能。首先,采用液相剝離與機(jī)械球磨法制備納米石墨片,研究了一些工藝參數(shù)(溶劑的種類和濃度以及球磨的轉(zhuǎn)速、時(shí)間和球料比等)對(duì)其厚度的影響。通過(guò)優(yōu)化制備工藝,規(guī)模化地制備出厚度可達(dá)3~5 nm的納米石墨片。本研究得出的較為理想的制備工藝參數(shù)條件是:將初始濃度為0.5 mg/m L的石墨,在水楊酸苯酯濃度為17.852 mg/m L的苯甲酸芐酯溶液中超聲10 h;之后,以球料比50:1、大小球質(zhì)量比1:5、溶劑50 m L、500 rpm條件下球磨5 h制備納米石墨片。進(jìn)而,本論文將納米石墨片與納米硫進(jìn)行復(fù)合制得了納米石墨片-硫復(fù)合材料,通過(guò)組裝成鋰-硫電池對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,發(fā)現(xiàn)0.2C時(shí),放電比容量可以達(dá)到275 m Ah/g。但是,在循環(huán)充放電過(guò)程中,電池的容量衰減比較嚴(yán)重,表明納米石墨片并不具備石墨烯一樣的超高比表面積和孔容量,對(duì)納米硫的極化只能起到一定程度上的限制作用。最后,基于銀納米線具有較高的電導(dǎo)率,通過(guò)分別對(duì)碳納米纖維及納米石墨片浸漬銀納米線的方式,與升華硫復(fù)合后得到碳納米纖維-銀納米線-硫和納米石墨片-硫-銀納米線復(fù)合材料,也通過(guò)組裝成鋰-硫電池對(duì)其進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試,研究了銀納米線對(duì)不同碳基材料的電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),銀納米線對(duì)納米石墨片-硫復(fù)合材料的電導(dǎo)率及硫的吸附能力有顯著的改善作用。經(jīng)過(guò)加熱后,碳納米纖維-銀納米線-硫復(fù)合材料形成了獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu),在0.2C時(shí),該材料的放電比容量達(dá)到350 m Ah/g。但是,由于硫化銀在碳納米纖維及納米石墨片的表面形成,從而使得碳基材料不能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)硫極化所產(chǎn)生的“穿梭效應(yīng)”的抑制作用,令鋰-硫電池的比容量衰減情況仍然較為嚴(yán)重。
【關(guān)鍵詞】：納米石墨片 碳納米纖維 銀納米線 液相剝離 機(jī)械球磨 硫-碳復(fù)合材料 鋰-硫電池
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義11-13
• 1.2 石墨烯及其制備方法的研究13-18
• 1.2.1 石墨烯及其應(yīng)用領(lǐng)域概述13-14
• 1.2.2 石墨烯制備方法的對(duì)比14-18
• 1.3 鋰-硫電池的研究現(xiàn)狀18-24
• 1.3.1 鋰-硫電池介紹18
• 1.3.2 鋰-硫電池工作原理18-19
• 1.3.3 鋰-硫電池正極材料發(fā)展現(xiàn)狀19-20
• 1.3.4 吸附型正極材料20-22
• 1.3.5 包覆型正極材料22-24
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)試劑、儀器及研究方法25-33
• 2.1 主要的實(shí)驗(yàn)藥品及試劑25-26
• 2.2 主要的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備26-27
• 2.3 納米石墨片及硫/碳復(fù)合材料的制備及物理表征研究27-30
• 2.3.1 納米石墨片的制備27
• 2.3.2 硫-碳復(fù)合材料的制備27-28
• 2.3.3 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）分析28-29
• 2.3.4 拉曼（Raman）光譜分析29
• 2.3.5 X衍射（XRD）分析29
• 2.3.6 X射線能譜儀（EDS）分析29-30
• 2.3.7 熱重（TG）分析30
• 2.4 鋰-硫電池的制備及電化學(xué)性能表征研究30-33
• 2.4.1 正極片的制備30
• 2.4.2 鋰-硫電池的裝配30-31
• 2.4.3 交流阻抗（EIS）測(cè)試31
• 2.4.4 循環(huán)伏安（CV）測(cè)試31-32
• 2.4.5 恒流充放電測(cè)試32-33
• 第3章 納米石墨片的制備及影響因素研究33-47
• 3.1 液相剝離制備納米石墨片33-37
• 3.1.1 液相剝離制備納米石墨片的機(jī)理33-34
• 3.1.2 液相剝離溶劑的選取34-35
• 3.1.3 水楊酸苯酯含量對(duì)納米石墨片厚度的影響35-37
• 3.2 機(jī)械球磨制備納米石墨片及影響因素的研究37-46
• 3.2.1 機(jī)械球磨轉(zhuǎn)速及時(shí)間對(duì)納米石墨片厚度的影響37-39
• 3.2.2 機(jī)械球磨球料比對(duì)納米石墨片厚度的影響39-41
• 3.2.3 機(jī)械球磨大小球質(zhì)量比對(duì)納米石墨片厚度的影響41-44
• 3.2.4 機(jī)械球磨所需溶劑體積對(duì)納米石墨片厚度的影響44-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 第4章 不同碳基的硫-碳復(fù)合材料制備及性能研究47-75
• 4.1 納米石墨片-硫復(fù)合材料的制備及其性能研究47-56
• 4.1.1 表面形貌及成分分析47-49
• 4.1.2 物相結(jié)構(gòu)分析49-50
• 4.1.3 熱分析50-51
• 4.1.4 樣品的交流阻抗譜51-52
• 4.1.5 樣品的充放電性能52-54
• 4.1.6 樣品的循環(huán)伏安特性54-55
• 4.1.7 樣品的循環(huán)性能55-56
• 4.2 碳納米纖維-銀納米線-硫復(fù)合材料制備及其性能研究56-66
• 4.2.1 表面形貌及成分分析56-59
• 4.2.2 物相結(jié)構(gòu)分析59-60
• 4.2.3 熱分析60-61
• 4.2.4 樣品的交流阻抗譜61-62
• 4.2.5 樣品的充放電性能62-64
• 4.2.6 樣品的循環(huán)伏安特性64-65
• 4.2.7 樣品的循環(huán)性能65-66
• 4.3 納米石墨片-硫-銀納米線復(fù)合材料制備及其性能研究66-74
• 4.3.1 表面形貌及成分分析66-68
• 4.3.2 物相結(jié)構(gòu)分析68-69
• 4.3.3 樣品的交流阻抗譜69-70
• 4.3.4 樣品的充放電性能70-71
• 4.3.5 樣品的循環(huán)伏安特性71-73
• 4.3.6 樣品的循環(huán)性能73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陳人杰;趙騰;李麗;陳君政;吳鋒;;高比能鋰硫電池正極材料[J];中國(guó)科學(xué):化學(xué);2014年08期

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本文編號(hào)：766001