本文關鍵詞：手風琴結構層狀Ti_3C_2材料在鋰硫電池正極材料中的應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為了克服現(xiàn)今商業(yè)鋰離子電池能量密度有限的問題,高能量密度二次電池已引起廣泛的關注。而鋰硫電池因其高理論比容量、5倍于商業(yè)化LiCoO2的高比能量而吸引眾多眼球。不僅如此,單質硫元素還具有低成本、環(huán)境友好性以及來源豐富等優(yōu)點。然而,在鋰硫電池應用中,單質硫在充放電過程中硫體積的膨脹,電極的低導電性能和鋰多硫化物的穿梭效應,這些現(xiàn)象會引起活性物質的損失,庫侖效率降低和比容量速減。為了解決這些問題,研究者們把目光投入到碳材料、二維材料石墨烯等中。本文將手風琴結構層狀Ti3C2(L-Ti3C2)材料與單質硫熔融復合用作鋰硫電池的電極材料,并采用XRD、SEM、EDS、TGA以及電化學測試等手段對復合材料進行表征與測試,討論了L-Ti3C2材料作為鋰硫電池正極材料的可能性。一種簡單而有效的方法是將Ti3AIC2粉末浸入50%的氫氟酸(HF)溶液中6 h,然后放入乙醇中進行超聲。剝落Al原子層而得到L-Ti3C2材料的最佳工藝是：HF濃度為40%,反應時間為6 h,HF的體積為15 ml,超聲時間為20 min,此時L-Ti3C2材料手風琴結構明顯,層狀薄且多,將L-Ti3C2材料應用于鋰硫電池進行更深一步的研究。采用手風琴結構L-Ti3C2材料為原料,將其作為鋰硫電池基體材料,隨后高溫封裝法用將單質硫熔融進入Ti3C2基體材料得L-Ti3C2/S復合材料,作為鋰硫電池正極材料。通過實驗表明L-Ti3C2材料比表面積為7.8 m2/g,負載硫之后,比表面積只有1.6 m2/g;其孔結構主要以微孔為主。經過電化學測試發(fā)現(xiàn)由于其比表面積小、但其層間隙較多對單質硫吸附性能強等特點,制備得鋰硫電池在200mA/g的電流密度下首次放電比容量高達1291 mAh/g,100次循環(huán)之后比容量穩(wěn)定在970 mAh/g,表現(xiàn)出了較好的電化學性能。以L-Ti3C2/S復合材料為電極的鋰硫電池具有良好的倍率性能,放電倍率的增加,比容量衰減較小,當從高倍率回到最初值時,比容量基本能恢復到原來數(shù)值,其可逆性良好。采用L-Ti3C2材料作為鋰硫電池正極材料時,其電導率由于表面F、O/OH等基團的存在而降低,將L-Ti3C2材料用氨水和乙酸改性,使其表面的官能團不同,并用于鋰硫電池正極材料,經電化學測試可發(fā)現(xiàn)氨水改性引入了氨基,但鋰硫電池的首次放電比容量仍然沒有提高,相比沒有改性之前的L-Ti3C2材料的比容量較高,說明用氨水和乙酸對L-Ti3C2材料改性,材料首次充放電比容量以及循環(huán)性能都受到了負面影響。
【關鍵詞】：層狀Ti_3C_2 手風琴結構 復合材料 鋰硫電池
【學位授予單位】：海南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：J624.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 引言8-27
• 1.1 鋰硫電池簡介8-11
• 1.1.1 鋰硫電池的結構和工作原理8-10
• 1.1.2 鋰硫電池性能的影響因數(shù)10-11
• 1.2 鋰硫電池正極材料研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 包覆型正極材料12-14
• 1.2.2 負載型正極材料14-15
• 1.2.3 復合型正極材料15-17
• 1.3 鋰硫電池電解液17-18
• 1.3.1 液態(tài)有機溶劑電解質17
• 1.3.2 全固態(tài)電解質17-18
• 1.3.3 凝膠聚合物電解質18
• 1.4 用作鋰硫電池電極的二維材料18-26
• 1.4.1 二維材料的種類18-20
• 1.4.2 二維材料的合成技術20-21
• 1.4.3 新型剝落型二維材料MXenes21-23
• 1.4.4 新型二維材料MXenes性能23-24
• 1.4.5 二維材料MXenes的嵌鋰機理和研究現(xiàn)狀24-26
• 1.5 課題依據(jù)和研究內容26-27
• 2 實驗方法27-31
• 2.1 實驗原料及合成設備27-28
• 2.1.1 實驗原料27-28
• 2.1.2 實驗合成設備28
• 2.2 材料表征28-29
• 2.2.1 物相分析28
• 2.2.2 表面形貌分析28
• 2.2.3 比表面積和孔結構分析28-29
• 2.2.4 熱重分析29
• 2.3 材料電化學性能測試29-31
• 2.3.1 電極片的制備29
• 2.3.2 紐扣電池組裝29
• 2.3.3 恒流充放電測試29
• 2.3.4 循環(huán)伏安測試29-30
• 2.3.5 電化學阻抗譜測試30-31
• 3 手風琴結構L-Ti_3C_2的制備31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 實驗部分31-32
• 3.2.1 實驗原料及試劑31-32
• 3.2.2 實驗儀器32
• 3.2.3 L-Ti_3C_2的剝落過程32
• 3.2.4 實驗工藝流程圖32
• 3.3 結果與討論32-36
• 3.3.1 單因素實驗結果與討論32-34
• 3.3.2 正交實驗結果與討論34-36
• 3.4 本章小結36-37
• 4 L-Ti_3C_2/S復合材料的制備及性能37-52
• 4.1 引言37-38
• 4.2 L-Ti_3C_2/S復合材料的制備38-39
• 4.3 L-Ti_3C_2負載不同比例硫的制備39
• 4.4 結構表征39-40
• 4.4.1 表面形貌表征39
• 4.4.2 熱重分析39-40
• 4.5 L-Ti_3C_2負載不同比例硫電化學性能分析40-41
• 4.5.1 電池裝配40
• 4.5.2 L-Ti_3C_2負載不同比例硫充放電性能測試40-41
• 4.6 原樣Ti_3AlC_2負載硫電化學性能41-42
• 4.6.1 形貌分析41
• 4.6.2 充放電性能測試41-42
• 4.7 電池的組裝42-43
• 4.8 L-Ti_3C_2/S復合材料的表征及電化學性能表征43-51
• 4.8.1 X-射線衍射分析43
• 4.8.2 掃描電子顯微鏡分析43-44
• 4.8.3 透射電子顯微鏡分析44-45
• 4.8.4 比表面積分析45-46
• 4.8.5 熱重分析46
• 4.8.6 L-Ti_3C_2/S復合材料充放電性能測試46-48
• 4.8.7 L-Ti_3C_2/S復合材料循環(huán)伏安測試48-49
• 4.8.8 L-Ti_3C_2/S復合材料倍率性能測試49-50
• 4.8.9 L-Ti_3C_2/S復合材料交流阻抗譜測試50-51
• 4.9 本章小結51-52
• 5 改性L-Ti_3C_2對鋰硫電池的影響52-56
• 5.1 引言52
• 5.2 L-Ti_3C_2改性52-53
• 5.2.1 乙酸改性52
• 5.2.2 氨水改性52-53
• 5.3 改性L-Ti_3C_2表面官能團測定53
• 5.4 改性L-Ti_3C_2電化學性能分析53-55
• 5.4.1 電池組裝53
• 5.4.2 改性L-Ti_3C_2充放電性能測試53-55
• 5.5 本章小結55-56
• 6 結論與展望56-58
• 參考文獻58-66
• 附錄 (攻讀學位期間發(fā)表的論文)66-67
• 致謝67

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：手風琴結構層狀Ti_3C_2材料在鋰硫電池正極材料中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：354203