本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)電聚合物包覆S-C正極材料的制備及電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源需求的激增為電池的應(yīng)用提供了廣闊前景，鋰硫電池因其理論比容量高(1675mAhg-1)而成為未來最具應(yīng)用前景的鋰電池體系之一。但作為正極材料的硫因其本身固有的電導(dǎo)率低、電極反應(yīng)中間產(chǎn)物多硫化鋰易溶于電解液和充放電過程中的體積變化等問題，致使電化學(xué)性能較差。近年來的研究報(bào)道表明，具有包覆結(jié)構(gòu)的鋰硫電池正極材料不僅能提高材料的導(dǎo)電率、限制中間產(chǎn)物的溶解，還能減輕體積變化的影響。本課題基于此設(shè)想，制備出了具有雙層包覆結(jié)構(gòu)的硫-碳-聚吡咯(S-C-PPY)和硫-碳-聚苯胺(S-C-PANI)正極材料，，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能測(cè)試與表征，并探索了電化學(xué)性能改善的原因。 本課題采用兩步法進(jìn)行雙層包覆結(jié)構(gòu)正極材料的制備，首先是在單質(zhì)硫表面包覆一層乙炔黑，形成S-C包覆結(jié)構(gòu)；其次在S-C表面再包覆一層PPY或PANI，即得S-C-PPY或S-C-PANI正極材料。通過調(diào)節(jié)表面活性劑種類、聚合過程中鹽酸濃度、氧化劑用量、聚合物和硫含量制備出一系列正極材料，探索了實(shí)驗(yàn)條件與電化學(xué)性能的關(guān)系，確定了電化學(xué)性能最佳的S-C-PPY和S-C-PANI正極材料制備工藝。 結(jié)構(gòu)與形貌表征發(fā)現(xiàn)：本實(shí)驗(yàn)中，S-C正極材料制備過程中選擇乙醇為表面活性劑，聚合物包覆過程中以CTAB為表面活性劑時(shí)制備出了雙層包覆結(jié)構(gòu)的正極材料，硫在內(nèi)部，乙炔黑在中間，外層為聚合物，呈球狀分布，尺寸約為幾微米。 電化學(xué)性能測(cè)定結(jié)果表明：(1)最佳電化學(xué)性能的S-C-PPY正極材料是在氧化劑與吡咯摩爾比為3:1，聚合過程鹽酸濃度為0.5mol/L的條件下所制備的，其硫與聚吡咯含量分別為40%、4%。1C放電倍率下，放電比容量最高達(dá)768mAhg-1，500次循環(huán)后保持在326mAhg-1，循環(huán)退降率為0.115%，且?guī)靷愋?yīng)保持在90%。(2)最佳電化學(xué)性能的S-C-PANI正極材料是在氧化劑與苯胺摩爾比為3:1，聚合過程中鹽酸濃度為1mol/L條件下制備的，硫和聚苯胺含量分別為45%和19%。1C放電倍率下初始放電比容量為809mAhg-1，1000次循環(huán)后保持在271mAhg-1，退降率為0.066%，庫(kù)倫效應(yīng)保持在90%以上。 對(duì)比相同條件下制備的S-C正極材料電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)包覆后電化學(xué)性能有了明顯改善。究其原因，主要是乙炔黑和導(dǎo)電聚合物的雙層包覆結(jié)構(gòu)提高了正極材料的電導(dǎo)率、限制了電池反應(yīng)中間產(chǎn)物多硫化鋰的溶解和增強(qiáng)了適應(yīng)體積效應(yīng)的能力。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池正極材料 包覆結(jié)構(gòu) S-C-PPY S-C-PANI 電化學(xué)性能
【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】：2014
【分類號(hào)】：TM912;O646.54
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義11-14
• 1.2 鋰硫電池的工作原理及組成14-18
• 1.2.1 鋰硫電池的工作原理14-15
• 1.2.2 影響鋰硫電池性能的因素15
• 1.2.3 鋰硫電池的組成15-18
• 1.3 導(dǎo)電聚合物18-21
• 1.3.1 導(dǎo)電聚合物簡(jiǎn)介18-19
• 1.3.2 導(dǎo)電聚吡咯19-20
• 1.3.3 導(dǎo)電聚苯胺20-21
• 1.4 包覆結(jié)構(gòu)鋰硫電池正極材料的研究進(jìn)展21-26
• 1.4.1 二元包覆結(jié)構(gòu)正極材料21-24
• 1.4.2 三元包覆結(jié)構(gòu)正極材料24-26
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容26-28
• 第2章 實(shí)驗(yàn)藥品和表征方法28-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器設(shè)備28-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品28-29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器29-30
• 2.2 材料的形貌與結(jié)構(gòu)表征30-31
• 2.2.1 X 射線衍射分析(XRD)30
• 2.2.2 紅外光譜分析(FITR)30
• 2.2.3 熱重分析(TG)30
• 2.2.4 掃描電鏡(SEM)30
• 2.2.5 能譜儀(EDS)30-31
• 2.3 正極材料的電化學(xué)性能測(cè)試31-32
• 2.3.1 組裝電池31
• 2.3.2 充放電及循環(huán)性能測(cè)試31
• 2.3.3 循環(huán)伏安測(cè)試(CV)31
• 2.3.4 交流阻抗測(cè)試(EIS)31-32
• 第3章 S-C-PPY 正極材料的制備及電化學(xué)性能研究32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 S-C-PPY 正極材料的制備流程32-33
• 3.3 S-C 正極材料制備工藝優(yōu)化33-37
• 3.3.1 表面活性劑對(duì) S-C 正極材料的影響33-34
• 3.3.2 S-C 正極材料的結(jié)構(gòu)表征34-36
• 3.3.3 反應(yīng)物濃度對(duì) S-C 正極材料的影響36-37
• 3.4 S-C-PPY 正極材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征37-39
• 3.4.1 S-C-PPY 正極材料的 XRD 表征37
• 3.4.2 S-C-PPY 正極材料的 FTIR 表征37-38
• 3.4.3 S-C-PPY 正極材料的形貌表征38-39
• 3.5 S-C-PPY 正極材料的電化學(xué)性能研究39-48
• 3.5.1 硫含量對(duì) S-C-PPY 正極材料電化學(xué)性能的影響39-43
• 3.5.2 鹽酸濃度對(duì) S-C-PPY 正極材料電化學(xué)性能的影響43-44
• 3.5.3 氧化劑量對(duì) S-C-PPY 正極材料電化學(xué)性能的影響44-48
• 3.6 PPY 包覆對(duì) S-C 正極材料電化學(xué)性能的影響48-50
• 3.7 本章小結(jié)50-51
• 第4章 S-C-PANI 正極材料的制備及電化學(xué)性能研究51-70
• 4.1 引言51
• 4.2 S-C-PANI 正極材料的制備工藝51-52
• 4.3 S-C-PANI 正極材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征52-55
• 4.3.1 S-C-PANI 正極材料的結(jié)構(gòu)表征52-53
• 4.3.2 S-C-PANI 正極材料的 FITR 表征53-54
• 4.3.3 S-C-PANI 正極材料的形貌表征54-55
• 4.4 S-C-PANI 的電化學(xué)性能研究55-67
• 4.4.1 鹽酸濃度對(duì) S-C-PANI 正極材料電化學(xué)性能的影響55-59
• 4.4.2 含硫量對(duì) S-C-PANI 正極材料電化學(xué)性能的影響59-61
• 4.4.3 聚苯胺(PANI)含量對(duì) S-C-PANI 正極材料電化學(xué)性能的影響61-67
• 4.5 PANI 包覆對(duì) S-C 正極材料電化學(xué)性能的影響67-69
• 4.6 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文77-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 李永舫;導(dǎo)電聚吡咯的研究[J];高分子通報(bào);2005年04期

2 高勇;王誠(chéng);蒲薇華;鄧長(zhǎng)生;;鋰-空氣電池的研究進(jìn)展[J];電池;2011年03期

3 彭佳悅;祖晨曦;李泓;;鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅰ)——化學(xué)儲(chǔ)能電池理論能量密度的估算[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2013年01期

4 賴超;李國(guó)春;葉世海;高學(xué)平;;高容量硫/碳復(fù)合正極材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年Z1期

5 莊全超,武山,劉文元,陸兆達(dá);鋰離子電池電解質(zhì)鋰鹽研究進(jìn)展[J];化學(xué)世界;2002年12期

6 程賢u&,林音,林俊鴻,潘德源;化學(xué)聚合法制備電容器用聚吡咯[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年S1期

7 廖紅英,程寶英,郝志強(qiáng);鋰離子電池電解液[J];新材料產(chǎn)業(yè);2003年09期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 尹利超;二次鋰電池用硫基復(fù)合正極材料的研究[D];上海交通大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：311542