基于氧化制硫法的锂硫电池正极材料构筑及其性能研究
发布时间：2021-04-20 05:16
锂硫电池理论比能量可达2600 Wh Kg-1,是目前商业化锂离子电池理论比能量的5倍,因此被认为是最具前景的下一代锂电池。但是锂硫电池受限于硫单质电导率低、中间产物多硫化锂（LPS）穿梭、体积膨胀等问题,导致其倍率性能差、硫单质利用率低和循环寿命短,一直无法满足商业化应用要求。针对上述问题,本文提出了一种与传统方式不同的“由内而外”的载硫方法。并以此为基础,设计合成一系列具有空心结构的微孔碳包覆硫单质复合材料以及具有强化学吸附作用的双效固硫材料,用以改善锂硫电池的循环及倍率性能。提出了一种以硫化锌为结构模板及硫源,通过微孔碳包覆和碘单质氧化,合成微孔碳包覆的空心碳硫复合物的方法。该方法生成的硫单质锚定在碳壳内壁上形成单独的硫层,因此称作双空心球结构。该结构一方面可以为体积膨胀预留空间,另一方面可以利用壳层的微孔结构对多硫化物实现物理阻隔,因此获得了良好的循环稳定性。在1 C（1672 m Ah g-1）条件下运行1000次的单次衰减速率仅为0.05%。即使在电解液中不添加硝酸锂作为保护剂的情况下,1 C循环仍能得到93%的库仑效率,显示了对多硫化物扩散的有效抑制作用。以原位氧化制硫方...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 锂硫电池概述
1.2.1 锂硫电池工作原理
1.2.2 锂硫电池面临的问题及挑战
1.3 锂硫电池正极材料研究进展
1.3.1 碳硫复合物正极材料
1.3.2 高分子硫复合物正极材料
1.3.3 极性化合物硫复合物正极材料
1.4 正极载硫方法
1.4.1 物理法载硫
1.4.2 化学法载硫
1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与研究方法
2.1 实验药品与设备
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验设备
2.2 测试与表征方法
2.2.1 X射线衍射（XRD）
2.2.2 拉曼光谱（Raman）
2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）
2.2.4 透射电子显微镜（TEM）
2.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
2.2.6 比表面积测试（BET）
2.2.7 热重分析（TGA）
2.3 正极材料电化学性能评价
2.3.1 电池组装
2.3.2 充放电测试
2.3.3 循环伏安测试
2.3.4 交流阻抗测试
2.3.5 可视化放电实验
第3章 原位氧化合成空心碳硫复合物及性能研究
3.1 引言
3.2 硫化锌前驱体合成及影响因素
3.2.1 反应物种类的影响
3.2.2 反应时间的影响
3.2.3 反应温度的影响
3.2.4 反应物浓度的影响
3.3 碳包覆工艺研究
3.3.1 碳源选择
3.3.2 烧结温度的影响
3.4 原位氧化工艺研究
3.4.1 氧化剂的选择
3.4.2 氧化机理探讨
3.4.3 氧化剂用量的研究
3.5 碳硫复合物的硫含量调控及性能评价
3.5.1 硫含量调控
3.5.2 电化学性能测试
3.6 本章小结
第4章 加强物理固硫的空心碳硫复合物设计合成及性能研究
4.1 引言
4.2 簇状微胶囊结构空心碳硫复合物的制备及性能研究
4.2.1 簇状结构及固硫功能设计
4.2.2 簇状硫化锌前驱体制备及微孔碳包覆
4.2.3 簇状微胶囊碳硫复合物合成及表征
4.2.4 电化学性能测试
4.3 红毛丹状空心碳硫复合物的制备及性能研究
4.3.1 三孔功能分化的结构设计
4.3.2 红毛丹状硫化锌前驱体制备及微孔碳包覆
4.3.3 红毛丹状碳硫复合物的合成及表征
4.3.4 电化学性能测试
4.4 本章小结
第5章 兼顾化学吸附的氮掺杂碳硫复合物的设计合成及性能研究
5.1 引言
5.2 二维花状氮掺杂碳硫复合物的合成及性能研究
5.2.1 二维氮掺杂碳硫复合物的合成设计
5.2.2 有机铁盐前驱体的合成
5.2.3 二维氮掺杂空心碳硫复合物的制备及表征
5.2.4 电化学性能测试
5.3 三维簇状氮掺杂空心碳硫复合物的合成及性能研究
5.3.1 三维簇状氮掺杂空心碳硫复合物的合成设计
5.3.2 有机锌源的选择及微孔碳包覆
5.3.3 三维簇状氮掺杂碳硫复合物的制备及表征
5.3.4 电化学性能测试
5.4 本章小结
18O49@S@PPY的设计合成及性能研究">第6章 双效固硫W18O49@S@PPY的设计合成及性能研究
6.1 引言
6.2 氧化钨载体的合成及吸附性能
6.2.1 极性化合物吸附性能考察
18O49的可控制备及物理表征"> 6.2.2 W18O49的可控制备及物理表征
18O49的吸附效果及机理研究"> 6.2.3 W18O49的吸附效果及机理研究
6.3 氧化钨/硫复合材料的合成及表征
18O49@S的合成及物理表征"> 6.3.1 W18O49@S的合成及物理表征
18O49@S@PPy的合成及双效固硫功能设计"> 6.3.2 W18O49@S@PPy的合成及双效固硫功能设计
6.4 电化学性能测试
6.5 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3149049
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 锂硫电池概述
1.2.1 锂硫电池工作原理
1.2.2 锂硫电池面临的问题及挑战
1.3 锂硫电池正极材料研究进展
1.3.1 碳硫复合物正极材料
1.3.2 高分子硫复合物正极材料
1.3.3 极性化合物硫复合物正极材料
1.4 正极载硫方法
1.4.1 物理法载硫
1.4.2 化学法载硫
1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与研究方法
2.1 实验药品与设备
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验设备
2.2 测试与表征方法
2.2.1 X射线衍射（XRD）
2.2.2 拉曼光谱（Raman）
2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）
2.2.4 透射电子显微镜（TEM）
2.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
2.2.6 比表面积测试（BET）
2.2.7 热重分析（TGA）
2.3 正极材料电化学性能评价
2.3.1 电池组装
2.3.2 充放电测试
2.3.3 循环伏安测试
2.3.4 交流阻抗测试
2.3.5 可视化放电实验
第3章 原位氧化合成空心碳硫复合物及性能研究
3.1 引言
3.2 硫化锌前驱体合成及影响因素
3.2.1 反应物种类的影响
3.2.2 反应时间的影响
3.2.3 反应温度的影响
3.2.4 反应物浓度的影响
3.3 碳包覆工艺研究
3.3.1 碳源选择
3.3.2 烧结温度的影响
3.4 原位氧化工艺研究
3.4.1 氧化剂的选择
3.4.2 氧化机理探讨
3.4.3 氧化剂用量的研究
3.5 碳硫复合物的硫含量调控及性能评价
3.5.1 硫含量调控
3.5.2 电化学性能测试
3.6 本章小结
第4章 加强物理固硫的空心碳硫复合物设计合成及性能研究
4.1 引言
4.2 簇状微胶囊结构空心碳硫复合物的制备及性能研究
4.2.1 簇状结构及固硫功能设计
4.2.2 簇状硫化锌前驱体制备及微孔碳包覆
4.2.3 簇状微胶囊碳硫复合物合成及表征
4.2.4 电化学性能测试
4.3 红毛丹状空心碳硫复合物的制备及性能研究
4.3.1 三孔功能分化的结构设计
4.3.2 红毛丹状硫化锌前驱体制备及微孔碳包覆
4.3.3 红毛丹状碳硫复合物的合成及表征
4.3.4 电化学性能测试
4.4 本章小结
第5章 兼顾化学吸附的氮掺杂碳硫复合物的设计合成及性能研究
5.1 引言
5.2 二维花状氮掺杂碳硫复合物的合成及性能研究
5.2.1 二维氮掺杂碳硫复合物的合成设计
5.2.2 有机铁盐前驱体的合成
5.2.3 二维氮掺杂空心碳硫复合物的制备及表征
5.2.4 电化学性能测试
5.3 三维簇状氮掺杂空心碳硫复合物的合成及性能研究
5.3.1 三维簇状氮掺杂空心碳硫复合物的合成设计
5.3.2 有机锌源的选择及微孔碳包覆
5.3.3 三维簇状氮掺杂碳硫复合物的制备及表征
5.3.4 电化学性能测试
5.4 本章小结
18O49@S@PPY的设计合成及性能研究">第6章 双效固硫W18O49@S@PPY的设计合成及性能研究
6.1 引言
6.2 氧化钨载体的合成及吸附性能
6.2.1 极性化合物吸附性能考察
18O49的可控制备及物理表征"> 6.2.2 W18O49的可控制备及物理表征
18O49的吸附效果及机理研究"> 6.2.3 W18O49的吸附效果及机理研究
6.3 氧化钨/硫复合材料的合成及表征
18O49@S的合成及物理表征"> 6.3.1 W18O49@S的合成及物理表征
18O49@S@PPy的合成及双效固硫功能设计"> 6.3.2 W18O49@S@PPy的合成及双效固硫功能设计
6.4 电化学性能测试
6.5 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3149049
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