本文關(guān)鍵詞：隔膜上改性多壁碳納米管涂層對(duì)鋰—硫電池性能的影響研究

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【摘要】：鋰-硫電池由于其高理論比能量,環(huán)境友好,價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),成為下一代二次電池體系強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一。但是,鋰-硫電池活性物質(zhì)單質(zhì)硫及其放電終產(chǎn)物導(dǎo)電性差、放電中間產(chǎn)物多硫離子在電解液中溶解擴(kuò)散引起“穿梭效應(yīng)”及放電產(chǎn)物密度減小造成的體積膨脹等問(wèn)題導(dǎo)致了電池活性物質(zhì)利用率低,循環(huán)性能差,從而限制其應(yīng)用。近年來(lái)在隔膜上引入導(dǎo)電涂層改善鋰-硫電池性能被證實(shí)是一條行之有效的方法,然而現(xiàn)有的研究報(bào)道均基于低載硫(≤2 mg cm~(-2))極片,對(duì)高載硫(≥4 mg cm~(-2))極片效果如何,尚無(wú)明確結(jié)論,而高載硫極片是制備高比能量鋰-硫電池的必要條件。針對(duì)鋰-硫電池的上述問(wèn)題,制備了兩種改性碳納米管材料(氧化碳納米管和碳納米管／磺化聚苯胺復(fù)合材料),并將其涂覆于隔膜上制成相應(yīng)的涂層,應(yīng)用于正極硫負(fù)載量為5 mg cm~(-2)的鋰-硫電池。采用恒流充放電、不同電流密度下充放電、電池阻抗測(cè)試,研究了涂層對(duì)電池循環(huán)及倍率性能的影響。主要結(jié)論如下：1.氧化碳納米管隔膜涂層研究。對(duì)碳納米管材料進(jìn)行濃硫酸與濃硝酸混合酸氧化處理,控制加熱時(shí)間得到不同氧化程度的氧化碳納米管,隨后與少量水性粘合劑LA132混合調(diào)漿涂覆于隔膜上,制成相應(yīng)的氧化碳納米管涂層。將這些含氧化碳納米管涂層的隔膜與高硫負(fù)載正極裝配成電池,并進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：酸氧化處理2h后的碳納米管涂層循環(huán)性能最好,首次放電比容量為1105 mA h g~(-1),循環(huán)50次后容量保持在925 mA h g~(-1),容量保持率達(dá)到83.7%,較原始隔膜、含未處理碳納米管涂層隔膜均有顯著的提高。此外,過(guò)度的氧化處理會(huì)損害碳納米管的結(jié)構(gòu)和降低其電導(dǎo)率,所以,酸氧化處理4h的碳納米管涂層循環(huán)性能較氧化處理2h要差。2.碳納米管／磺化聚苯胺復(fù)合材料隔膜涂層研究。通過(guò)原位聚合法在碳納米管表面包覆一層聚苯胺,然后用氯磺酸對(duì)其進(jìn)行磺酸化處理,得到碳納米管/磺化聚苯胺復(fù)合材料�？刂票桨穯误w的加入量,得到不同磺化聚苯胺包覆量的復(fù)合材料。將復(fù)合材料與少量粘合劑LA132調(diào)漿涂覆于隔膜上形成涂層,與高硫負(fù)載正極裝配成電池后,測(cè)試結(jié)果顯示,苯胺加入量為碳納米管質(zhì)量的25%時(shí),含該復(fù)合材料涂層隔膜的電池首次放電比容量為1125 mA h g~(-1),50次循環(huán)容量保持在930 mA h g~(-1),循環(huán)性能較原始隔膜和含未處理碳納米管涂層隔膜有所提升。苯胺加入量為碳納米管質(zhì)量的10%時(shí),循環(huán)性能與加入量為25%相當(dāng),這是由于磺化聚苯胺對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)率的降低作用削弱了其對(duì)電池性能的改進(jìn)效果。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM912

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本文編號(hào)：1171909