發(fā)布時間：2017-11-02 02:28

  本文關(guān)鍵詞：鋰硫電池正極材料的制備及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰硫電池憑借突出的理論比容量(1675 mAh/g)和比能量(2600 Wh/kg)受到了廣泛的關(guān)注,可能成為未來極具市場價值的二次電池之一。然而,鋰硫電池目前因為單質(zhì)硫?qū)щ娦圆�、中間產(chǎn)物的穿梭問題、循環(huán)過程中硫單質(zhì)體積變化等問題嚴重影響了活性物質(zhì)的利用率和循環(huán)穩(wěn)定性。針對以上問題,本文主要研究了石墨烯和單質(zhì)硫的復(fù)合方式,以及不同結(jié)構(gòu)的碳硫三元復(fù)合材料。借助改善的Hummers方法制備出還原氧化石墨烯,以其做載體,使用三種不同的方法合成了石墨烯/硫復(fù)合材料。通過結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能表征,發(fā)現(xiàn)化學(xué)合成法+二次熱處理得到的石墨烯/硫復(fù)合材料的電化學(xué)性能最為優(yōu)異。在硫含量為73%,200mA/g電流密度下,石墨烯@硫-160正極材料首次放電比容量為953.9 mAh/g,充放電80圈后維持在591.7 mAh/g,容量保持率達到64.76%。采用廉價的乙炔黑做為導(dǎo)電碳骨架,化學(xué)原位沉積單質(zhì)硫在乙炔黑表面,再通過自組裝的方法使商業(yè)級石墨烯做為乙炔黑/硫復(fù)合材料的包覆層,制備出一種新穎的三明治結(jié)構(gòu)的乙炔黑/硫@石墨烯復(fù)合材料。通過與乙炔黑/硫復(fù)合材料比較,發(fā)現(xiàn)這種三明治結(jié)構(gòu)的碳硫復(fù)合物具有高的活性物質(zhì)利用率,改善的循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能。當電流密度為200 mA/g時,此三明治結(jié)構(gòu)的正極首次釋放比容量達到1603.5 mAh/g,硫的實際利用率高達95.73%。倍率性能更為出色,當電流密度增加至1600 mA/g時,容量穩(wěn)定在617.2 mAh/g。采用化學(xué)法原位沉積單質(zhì)硫在乙炔黑表面,再用聚吡咯包覆,制備了一種核殼結(jié)構(gòu)的乙炔黑/硫@聚吡咯復(fù)合材料。對比乙炔黑/硫復(fù)合材料得出,核殼結(jié)構(gòu)的三元復(fù)合材料獲得了改善的電化學(xué)性能。在硫含量為60%,800 mA/g電流密度下,此三元復(fù)合材料經(jīng)活化后最大放電比容量為688.9 mAh/g,循環(huán)200圈后,容量保持在538.5 mAh/g,容量保持率高達78.2%。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 碳/硫復(fù)合物 石墨烯 聚吡咯
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O646;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰硫電池概述11-14
• 1.2.1 鋰硫電池簡介11-12
• 1.2.2 鋰硫電池反應(yīng)機理12-13
• 1.2.3 鋰硫電池面臨的問題13-14
• 1.3 鋰硫電池正極材料研究進展14-20
• 1.3.1 碳材料/硫復(fù)合正極材料14-19
• 1.3.2 聚合物/硫復(fù)合正極材料19
• 1.3.3 金屬氧化物/硫復(fù)合正極材料19-20
• 1.4 本論文的研究目的和主要內(nèi)容20-22
• 第2章 實驗部分22-27
• 2.1 實驗試劑和儀器設(shè)備22-24
• 2.2 材料的結(jié)構(gòu)表征24-25
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡(SEM)24
• 2.2.2 透射電子顯微鏡(TEM)24
• 2.2.3 熱重-差熱(TGA-DTA)24
• 2.2.4 X射線衍射(XRD)24
• 2.2.5 激光拉曼光譜(Raman)24-25
• 2.3 電極的制備和電池的組裝25
• 2.3.1 電極的制備25
• 2.3.2 電池的組裝25
• 2.4 電化學(xué)性能測試25-27
• 2.4.1 恒流充放電測試25
• 2.4.2 循環(huán)伏安測試(CV)25-26
• 2.4.3 交流阻抗測試(EIS)26-27
• 第3章 石墨烯/硫復(fù)合材料的制備方式及性能研究27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 實驗部分27-28
• 3.2.1 石墨烯的制備27-28
• 3.2.2 石墨烯/硫復(fù)合材料的制備28
• 3.3 實驗結(jié)果與討論28-36
• 3.3.1 碳材料形貌和結(jié)構(gòu)表征28-30
• 3.3.2 石墨烯/硫復(fù)合材料形貌和結(jié)構(gòu)表征30-33
• 3.3.3 石墨烯/硫復(fù)合材料電化學(xué)性能研究33-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第4章 三明治結(jié)構(gòu)的碳/硫復(fù)合材料制備及性能研究38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 實驗部分38-39
• 4.2.1 乙炔黑/硫納米復(fù)合材料的制備38-39
• 4.2.2 乙炔黑/硫@石墨烯復(fù)合材料的制備39
• 4.3 實驗結(jié)果與討論39-48
• 4.3.1 碳材料形貌和結(jié)構(gòu)表征39-40
• 4.3.2 碳/硫復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征40-42
• 4.3.3 碳/硫復(fù)合材料電化學(xué)性能研究42-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第5章 核殼結(jié)構(gòu)的碳/硫復(fù)合材料制備及性能研究50-59
• 5.1 引言50
• 5.2 實驗部分50-51
• 5.2.1 乙炔黑/硫納米復(fù)合材料的制備50-51
• 5.2.2 乙炔黑/硫@聚吡咯復(fù)合材料的制備51
• 5.3 實驗結(jié)果與討論51-58
• 5.3.1 碳材料形貌和結(jié)構(gòu)表征51
• 5.3.2 碳/硫復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征51-55
• 5.3.3 碳/硫復(fù)合材料電化學(xué)性能研究55-58
• 5.4 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果66-67
• 致謝67

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