發(fā)布時(shí)間：2017-09-15 20:02

  本文關(guān)鍵詞：三維石墨烯基鋰硫電池電極材料制備及電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 三維石墨烯 納米硫復(fù)合材料 孔結(jié)構(gòu) 鋰硫電池 正極材料

【摘要】：鋰硫電池作為一種新型二次電池，相較于普通的鋰離子電池，具有理論比容量高、能量密度高、硫資源豐富、環(huán)境友好、低價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。在可穿戴電子設(shè)備、新能源交通工具等方面極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。然而，由于硫是良好的電絕緣體，且電池充放電循環(huán)過程的中間產(chǎn)物多硫化鋰極易溶解于電解液而造成活性物質(zhì)的流失，以及循環(huán)時(shí)正極硫被還原為硫化鋰再被氧化為硫的過程中產(chǎn)生的體積膨脹/收縮造成的正極結(jié)構(gòu)坍塌，限制了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展�；谝陨侠斫猓瑸榻鉀Q鋰硫電池現(xiàn)階段面臨的問題，本文主要開展了以下工作： （1）高密度納米硫-三維石墨烯復(fù)合材料。該復(fù)合材料中的石墨烯薄片具有良好的電子導(dǎo)電性，可以為正極硫和鋰離子的反應(yīng)提供電子；納米級(jí)的硫顆粒具有較大的比表面積有助于其與鋰離子接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)；此外，致密收縮的三維石墨烯結(jié)構(gòu)存在較豐富的閉合的微孔，在不影響離子導(dǎo)電性的同時(shí)，可以更好地容納硫并抑制多硫化鋰向電解液中的溶出和穿梭效應(yīng)，因此可得到較高的放電比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，以0.05C倍率實(shí)現(xiàn)初始放電比容量達(dá)1360mAh/g，為理論比容量的85%；在0.5C倍率下循環(huán)300次之后比容量仍保持在770mAh/g。 （2）納米硫-多孔活性炭/三維石墨烯復(fù)合材料。多孔活性炭/三維石墨烯作為活性硫的載體材料，可以提供介孔包覆微孔的致密的雙層“蓄水池”狀孔結(jié)構(gòu)，在保證硫的合理負(fù)載量的前提下，有望在兩個(gè)界面上對(duì)溶解于電解液的多硫化鋰進(jìn)行阻隔，，抑制活性物質(zhì)的流失。通過與具有單層孔結(jié)構(gòu)的硫-活性炭復(fù)合材料及硫-三維石墨烯復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明，雙層孔結(jié)構(gòu)可有效地增強(qiáng)對(duì)多硫化鋰的阻隔作用，得到良好的放電比容量和長(zhǎng)的循環(huán)壽命。在0.2C倍率下循環(huán)300次后放電比容量依然保持834.7mAh/g，在0.5C倍率下循環(huán)500次后放電比容量保持722.8mAh/g，在1C倍率下循環(huán)900次后放電比容量保持410.6mAh/g。
【關(guān)鍵詞】：三維石墨烯 納米硫復(fù)合材料 孔結(jié)構(gòu) 鋰硫電池 正極材料
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(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3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰硫電池概述10-13
• 1.2.1 鋰硫電池工作原理11-12
• 1.2.2 鋰硫電池發(fā)展面臨的問題12-13
• 1.3 鋰硫電池正極材料概述13-17
• 1.3.1 硫-碳復(fù)合正極材料研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 硫-導(dǎo)電聚合物復(fù)合正極材料研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.3 硫-金屬氧化物復(fù)合正極材料研究現(xiàn)狀17
• 1.4 三維石墨烯概述17-19
• 1.4.1 石墨烯簡(jiǎn)介17-18
• 1.4.2 三維石墨烯制備方法18-19
• 1.4.3 三維石墨烯在鋰硫電池中的研究現(xiàn)狀19
• 1.5 本文研究目的與主要研究?jī)?nèi)容19-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分22-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料和制備方法22-29
• 2.1.1 樣品制備儀器22-23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料23
• 2.1.3 氧化石墨烯的制備23-24
• 2.1.4 三維石墨烯的制備24-25
• 2.1.5 納米硫-三維石墨烯復(fù)合材料的制備25-27
• 2.1.6 納米硫-多孔活性炭/三維石墨烯復(fù)合材料的制備27-29
• 2.2 分析和測(cè)試方法29-30
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）29
• 2.2.2 透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy，TEM）29
• 2.2.3 孔徑分布分析29-30
• 2.2.4 X 射線衍射30
• 2.2.5 拉曼光譜分析30
• 2.2.6 熱重分析（TGA）30
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試30-34
• 2.3.1 工作電極的制備30-31
• 2.3.2 交流阻抗（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）測(cè)試31
• 2.3.3 循環(huán)伏安（Cyclic voltammetry, CV）測(cè)試31-32
• 2.3.4 恒流充放電測(cè)試32-34
• 第三章 高密度納米硫-三維石墨烯復(fù)合材料的表征與電化學(xué)性能研究34-48
• 3.1 高密度納米硫-三維石墨烯復(fù)合材料的表征34-42
• 3.1.1 掃描電子顯微鏡34-37
• 3.1.2 透射電子顯微鏡37-38
• 3.1.3 樣品密度及孔隙率表征38-39
• 3.1.4 BET 孔徑分布表征及理論計(jì)算39-40
• 3.1.5 X 射線衍射40-41
• 3.1.6 TGA 熱重分析41-42
• 3.2 高密度納米硫-三維石墨烯復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究42-46
• 3.2.1 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試42-43
• 3.2.2 循環(huán)伏安測(cè)試43-44
• 3.2.3 恒流充放電測(cè)試44-46
• 3.3 小結(jié)46-48
• 第四章 納米硫-多孔活性炭/三維石墨烯復(fù)合材料的表征與電化學(xué)性能研究48-62
• 4.1 納米硫-多孔活性炭/三維石墨烯復(fù)合材料的表征48-54
• 4.1.1 掃描電子顯微鏡49-51
• 4.1.2 透射電子顯微鏡51
• 4.1.3 BET 孔徑分布表征51-52
• 4.1.4 X 射線衍射52-53
• 4.1.5 拉曼光譜分析53-54
• 4.1.6 TGA 熱重分析54
• 4.2 納米硫-多孔活性炭/三維石墨烯復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究54-59
• 4.2.1 電化學(xué)交流阻抗測(cè)試55-56
• 4.2.2 循環(huán)伏安測(cè)試56-57
• 4.2.3 恒流充放電測(cè)試57-59
• 4.3 小結(jié)59-62
• 第五章 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及研究成果70-72
• 致謝72

【共引文獻(xiàn)】

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