锂硫电池正极材料微结构设计及改性研究
发布时间：2021-04-12 15:38
与传统的锂离子电池相比,锂硫电池具有高比容量的优点,因而人们希望它能作为未来的动力电池和储能电池。但是,由于锂硫电池存在的硫电导率低和在充放电过程中正极材料体积发生较大变化等问题,限制了锂硫电池在实际生活中的应用。本文通过对正极材料设计一定的微观结构,改善锂硫电池的电化学性能。首先,通过改变工艺条件制备出球形硫纳米颗粒;然后,以硫纳米颗粒为核,设计并制备出具有核壳结构的二氧化钛（TiO2）@S以及蛋黄壳结构的聚苯胺（Pan）@S的复合材料。利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对制备的材料的形貌、组成进行表征,并对样品进行电化学测试。通过探索不同的制备工艺,利用硫代硫酸钠与硫酸反应,通过调节表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮的用量,制备出平均粒径为500 nm的球形硫纳米颗粒。通过控制溶液的pH值及双（2,4-戊二酮酸）双（2-丙醇酸）钛（Ⅳ）的用量,制备出具有核壳结构的TiO2@S复合材料。在0.1 C倍率下,首次放电比容量可达1029.3 mA h g-1,循环50次后其容量依然保持...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Li-S电池的工作原理示意图
222SeS2 2222S2LiLiS S2LiLiS22放电过程中生成的Li2S2和Li2S，由于发生氧合物，并且随着氧化反应的进行，放电产生的果在理想的状态下，固相单质硫可以按照上述量可达1675 mAh g-1。S电池放电曲线具有两个典型的放电平台，而如图1-2所示。一般保持在2.45 V~2.1 V之间，在这个过程中应于反应式(2)～(4)。一般保持在2.1 V～1.7 V之间，在这个过程中很低的短链聚硫离子，此过程对应于反应式(
成碳硫复合物，并且大大改善了锂硫电池的电化学性能。如今人们通常将硫与各种形状的多孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等复合。这些材料虽然制备工艺复杂，但是他们特殊形貌的碳骨架能够和硫单质很好的复合，不仅能提高硫的导电性，而且还能够将硫均匀地负载包围起来，起到了固定硫单质的效果，抑制“穿梭效应”的发生[27-29]。Li 等[30]以蔗糖为碳源，以 SBA-15 为模版，通过水热法合成了以介孔微球为核，微孔碳为壳的核壳结构的硫/碳复合材料，实验流程如图 1-3 所示。这种复合材料在0.1 C 倍率下首次放电比容量达到 1211 mAh g-1，在 0.5 C 倍率下，循环 200 圈后比容量依旧保持在 837 mAh g-1,容量保持率达到 80 %。这种结构以介孔碳为核极大的提高了硫单质的含量，另外以微孔碳为壳一定程度上缓解了体积膨胀以及多硫化合物溶解的问题，提高了锂硫电池的容量保持率、循环稳定性和库伦效率，而且这种双级结构兼具介孔碳和微孔碳两者的优点，为改善锂硫电池电化学性能的研究提供了一个很好的研究思路。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚苯胺复合材料防腐性能研究进展[J]. 章振华,袁庭辉,张大全,高立新. 腐蚀科学与防护技术. 2017(01)
[2]聚苯胺防腐蚀机理及在涂料中的应用研究进展[J]. 刘国杰. 中国涂料. 2016(11)
[3]S/In2O3纳米材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用[J]. 梁兴华,宋清清,赵玉超,刘于斯,刘浩. 合成化学. 2016(08)
[4]锂硫电池研究最新发展及面临的挑战[J]. 李福桥,朱泽华. 电源技术. 2016(05)
[5]锂硫电池正极复合材料研究现状[J]. 杨蓉,邓坤发,刘晓艳,曲冶,雷京,任冰. 化工进展. 2015(05)
[6]玉米秸秆制备活性炭用于锂硫电池的研究[J]. 张胜利,李丹丹,宋延华,司丹亚. 郑州轻工业学院学报(自然科学版). 2014(05)
[7]高比能锂硫电池正极材料[J]. 陈人杰,赵腾,李丽,陈君政,吴锋. 中国科学:化学. 2014(08)
[8]多孔磷酸铁锂薄膜的制备与表征[J]. 展飞,戴金辉,吴平伟,刘青,刘文栋,徐玉磊. 材料导报. 2014(10)
[9]锂硫电池正极研究现状及产品化前景[J]. 周矗,徐倩,李合琴,乔恺,张静,唐琼. 新材料产业. 2014(04)
[10]含单质硫正极复合材料[J]. 苗力孝,王维坤,王梦佳,段博超,杨裕生,王安邦. 化学进展. 2013(11)
本文编号：3133549
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Li-S电池的工作原理示意图
222SeS2 2222S2LiLiS S2LiLiS22放电过程中生成的Li2S2和Li2S，由于发生氧合物，并且随着氧化反应的进行，放电产生的果在理想的状态下，固相单质硫可以按照上述量可达1675 mAh g-1。S电池放电曲线具有两个典型的放电平台，而如图1-2所示。一般保持在2.45 V~2.1 V之间，在这个过程中应于反应式(2)～(4)。一般保持在2.1 V～1.7 V之间，在这个过程中很低的短链聚硫离子，此过程对应于反应式(
成碳硫复合物，并且大大改善了锂硫电池的电化学性能。如今人们通常将硫与各种形状的多孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等复合。这些材料虽然制备工艺复杂，但是他们特殊形貌的碳骨架能够和硫单质很好的复合，不仅能提高硫的导电性，而且还能够将硫均匀地负载包围起来，起到了固定硫单质的效果，抑制“穿梭效应”的发生[27-29]。Li 等[30]以蔗糖为碳源，以 SBA-15 为模版，通过水热法合成了以介孔微球为核，微孔碳为壳的核壳结构的硫/碳复合材料，实验流程如图 1-3 所示。这种复合材料在0.1 C 倍率下首次放电比容量达到 1211 mAh g-1，在 0.5 C 倍率下，循环 200 圈后比容量依旧保持在 837 mAh g-1,容量保持率达到 80 %。这种结构以介孔碳为核极大的提高了硫单质的含量，另外以微孔碳为壳一定程度上缓解了体积膨胀以及多硫化合物溶解的问题，提高了锂硫电池的容量保持率、循环稳定性和库伦效率，而且这种双级结构兼具介孔碳和微孔碳两者的优点，为改善锂硫电池电化学性能的研究提供了一个很好的研究思路。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚苯胺复合材料防腐性能研究进展[J]. 章振华,袁庭辉,张大全,高立新. 腐蚀科学与防护技术. 2017(01)
[2]聚苯胺防腐蚀机理及在涂料中的应用研究进展[J]. 刘国杰. 中国涂料. 2016(11)
[3]S/In2O3纳米材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用[J]. 梁兴华,宋清清,赵玉超,刘于斯,刘浩. 合成化学. 2016(08)
[4]锂硫电池研究最新发展及面临的挑战[J]. 李福桥,朱泽华. 电源技术. 2016(05)
[5]锂硫电池正极复合材料研究现状[J]. 杨蓉,邓坤发,刘晓艳,曲冶,雷京,任冰. 化工进展. 2015(05)
[6]玉米秸秆制备活性炭用于锂硫电池的研究[J]. 张胜利,李丹丹,宋延华,司丹亚. 郑州轻工业学院学报(自然科学版). 2014(05)
[7]高比能锂硫电池正极材料[J]. 陈人杰,赵腾,李丽,陈君政,吴锋. 中国科学:化学. 2014(08)
[8]多孔磷酸铁锂薄膜的制备与表征[J]. 展飞,戴金辉,吴平伟,刘青,刘文栋,徐玉磊. 材料导报. 2014(10)
[9]锂硫电池正极研究现状及产品化前景[J]. 周矗,徐倩,李合琴,乔恺,张静,唐琼. 新材料产业. 2014(04)
[10]含单质硫正极复合材料[J]. 苗力孝,王维坤,王梦佳,段博超,杨裕生,王安邦. 化学进展. 2013(11)
本文编号：3133549
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3133549.html
