本文關(guān)鍵詞：石墨烯基鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰硫電池由于制作成本低而比容量高成為目前非常有潛力的下一代二次電池之一,石墨烯由于優(yōu)異的導(dǎo)電性能及其較大的比表面積而成為鋰硫電池正極復(fù)合材料的理想載體。目前鋰硫電池的研究面臨許多挑戰(zhàn),因此石墨烯基復(fù)合材料作為鋰硫電池正極材料的研究就具有重大的意義。本文主要研究了硫與不同碳材料復(fù)合形成的鋰硫電池正極材料,制備了幾種新型的電極材料,如硫/氧化石墨烯(S/GO).硫/水熱還原氧化石墨烯(S/rGO),硫/碳納米管(S/CNTs)和膨脹石墨包覆硫/碳納米管(EG/S/CNTs)復(fù)合材料,并用SEM, XRD等對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,探討復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)對(duì)鋰硫電池電化學(xué)性能的影響。通過(guò)在溶液中的氧化還原法原位制備出S/GO復(fù)合材料,并討論了制備條件對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響,從而優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。該方法制備的復(fù)合材料中,硫顆粒在GO表面均勻成核生長(zhǎng),在100mA·g-1的電流密度下,首次放電容量為660mhA·g-1,100次循環(huán)后,容量衰減到250mhA·g-1。通過(guò)水熱還原法制備了S/rGO復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)GO還原程度較低且硫顆粒大量團(tuán)聚,電極材料的電化學(xué)性能并沒(méi)有明顯提高。通過(guò)在溶液中氧化還原原位法制備S/CNTs復(fù)合材料,使硫顆粒在碳納米管表面均勻沉積,再利用碳納米管的吸附作用,將復(fù)合材料進(jìn)行真空熱處理,使硫蒸汽在吸附作用下進(jìn)入碳納米管內(nèi)部。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性,因此復(fù)合材料導(dǎo)電性能有一定提高,但由于復(fù)合材料沒(méi)有很好的限硫作用,電極材料在循環(huán)過(guò)程中飛梭效應(yīng)十分明顯。我們將S/CNTs與一定量膨脹石墨(EG)溶入CS2,并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間攪拌蒸發(fā),使碳納米管均勻的密集在EG表面同時(shí)插層其中,形成良好的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)減少了膨脹石墨間的堆疊,使復(fù)合材料形成結(jié)構(gòu)完整的多孔導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),對(duì)于提高活性物質(zhì)的利用率以及限制鋰的多硫化物在電解液中的溶解起到很好的作用。通過(guò)研究不同含硫量以及不同碳材料比例對(duì)復(fù)合材料的影響,確立較佳的復(fù)合配比,實(shí)驗(yàn)表明含硫量為70%,EG:CNTs=4:1時(shí)的復(fù)合材料具有相對(duì)較好的電化學(xué)性能：100mAh·g-1電流密度下,首次放電達(dá)760mAh·g-1,100次循環(huán)后,容量在5OOmAh·g-1,且仍有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：鋰硫電池 氧化石墨烯 碳納米管 膨脹石墨 復(fù)合材料
【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】：2015
【分類號(hào)】：O646.54;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 引言15-16
• 1.2 鋰硫電池體系16-17
• 1.2.1 鋰硫電池機(jī)理16-17
• 1.2.2 鋰硫電池的發(fā)展17
• 1.3 鋰硫電池目前面臨的問(wèn)題17-19
• 1.3.1 活性物質(zhì)為絕緣材料18
• 1.3.2 多硫化物的溶解18
• 1.3.3 自放電18
• 1.3.4 飛梭效應(yīng)18-19
• 1.3.5 體積膨脹19
• 1.4 鋰硫電池中對(duì)于正極材料的研究19-25
• 1.4.1 硫/碳復(fù)合材料19-23
• 1.4.1.1 介孔碳復(fù)合材料19-20
• 1.4.1.2 通過(guò)不同方法合成的不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料20-21
• 1.4.1.3 無(wú)粘合劑的電極復(fù)合材料21-22
• 1.4.1.4 硫/石墨烯復(fù)合材料22-23
• 1.4.2 聚合物/硫復(fù)合材料的研究23-24
• 1.4.3 硫/金屬?gòu)?fù)合材料24-25
• 1.4.3.1 金屬氧化物添加劑/復(fù)合材料24
• 1.4.3.2 金屬氧化物涂層24-25
• 1.4.3.3 層間化合物/硫系復(fù)合材料25
• 1.5 電解液的選擇25-26
• 1.6 本文研究目的和內(nèi)容26-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法29-35
• 2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備29-30
• 2.3 材料的表征方法30-31
• 2.3.1 X-射線粉末衍射技術(shù)(XRD)30
• 2.3.2 掃描電鏡分析(SEM)30
• 2.3.3 熱重分析(TG)30-31
• 2.3.4 透射電鏡分析(TEM)31
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測(cè)試31-35
• 2.4.1 電極片的制備31
• 2.4.2 扣式電池的組裝31-32
• 2.4.3 電池的恒流充放電性能測(cè)試32-33
• 2.4.4 循環(huán)伏安測(cè)試33-35
• 第三章 硫/氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及性能表征35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 S/GO復(fù)合材料的制備35-41
• 3.2.1 GO的制備35-36
• 3.2.2 S/GO復(fù)合材料的制備36-37
• 3.2.3 S/GO復(fù)合材料的表征37-41
• 3.2.3.1 復(fù)合材料的結(jié)晶形態(tài)37-38
• 3.2.3.2 復(fù)合材料的形貌38-39
• 3.2.3.3 復(fù)合材料的組分含量39-41
• 3.3 復(fù)合材料的電化學(xué)性能41-43
• 3.3.1 復(fù)合材料的恒流充放電性能測(cè)試41-43
• 3.4 S/rGO復(fù)合材料的制備43-45
• 3.4.1 S/rGO復(fù)合材料的表征44
• 3.4.2 S/rGO復(fù)合材料的電化學(xué)性能44-45
• 3.5 機(jī)理分析45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-49
• 第四章 膨脹石墨包覆硫/碳納米管復(fù)合材料的制備及性能表征49-67
• 4.1 引言49
• 4.2 EG/S/CNTs復(fù)合材料的制備49-51
• 4.2.1 碳納米管的預(yù)處理49-50
• 4.2.2 S/CNTs復(fù)合材料的制備50
• 4.2.3 膨脹石墨的制備50-51
• 4.2.4 EG/S/CNTs復(fù)合材料的制備51
• 4.3 EG/S/CNTs復(fù)合材料的表征51-54
• 4.3.1 復(fù)合材料的結(jié)晶形態(tài)51-52
• 4.3.2 復(fù)合材料的形貌52-53
• 4.3.3 復(fù)合材料的組分含量53-54
• 4.4 復(fù)合材料的電化學(xué)性能54-57
• 4.4.1 復(fù)合材料的恒流充放電性能測(cè)試54-57
• 4.5 EG/CNTs比例對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響57-60
• 4.5.1 復(fù)合材料的結(jié)晶形態(tài)57-58
• 4.5.2 復(fù)合材料的形貌58-59
• 4.5.3 復(fù)合材料的組分含量59-60
• 4.6 EG/CNTs比例對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響60-64
• 4.6.1 復(fù)合材料的恒流充放電性能測(cè)試60-63
• 4.6.2 復(fù)合材料的循環(huán)伏安性能測(cè)試63-64
• 4.7 本章小結(jié)64-67
• 第五章 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75-77
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介77-78
• 附件78-79

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 肖索;張子良;劉松杭;;原位XRD在鋰電池電極材料測(cè)試中的應(yīng)用[J];寧波化工;2014年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張凱;鋰硫電池正極改性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電化學(xué)性能研究[D];中南大學(xué);2014年

2 朱奇珍;鋰二次電池用功能性電解質(zhì)研究[D];北京理工大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 陳峰;鋰硫電池球形結(jié)構(gòu)硫正極材料制備及改性研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

2 陳漾;鋰硫電池硫基正極的制備與電化學(xué)性能研究[D];中南大學(xué);2013年

3 鄧兆豐;鋰硫電池含硫正極材料及電化學(xué)阻抗特性研究[D];中南大學(xué);2013年

4 董字敏;鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能[D];浙江師范大學(xué);2014年

5 李慶洲;一步水熱法制備石墨烯/硫正極材料與電化學(xué)性能研究[D];中南大學(xué);2014年

6 李玉惠;碳/硫復(fù)合物的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中南大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯基鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：371801