聚吡咯包覆S/C纳米正极材料制备及电化学性能研究

发布时间：2021-05-11 08:48

　　锂硫电池具有远高于已商业化应用的锂离子电池能量密度,受到研究者的青睐。然而,活性物质硫导电性较差、循环过程中伴随着较大的体积变化以及多硫化物易溶于电解液等缺点,导致现阶段锂硫电池的实际应用受到极大的制约。针对硫正极以上缺陷,本文一方面选择导电性良好的乙炔黑（AB）和多壁碳纳米管（MWCNTs）材料,提升硫/碳复合材料的导电性,增强材料的倍率性能;另一方面,在碳/硫复合材料表面包覆一层聚吡咯（PPY）,从而有效缓解充放电过程中体积变化和穿梭效应。最终从改善硫的导电性与降低多硫化物溶解两个角度共同入手来提升锂硫电池正极材料的电化学性能。论文具体研究内容与主要结论如下:（1）采用物理硫沉积法制备了乙炔黑/硫（AB/S）复合材料,探究不同硫含量对正极材料结构和电化学性能的影响。结果表明,在硫含量为50%,放电倍率为0.2C时,循环100次比容量仍有740mAh/g;为了加强乙炔黑对多硫化物的吸附性能,对AB进行酸处理改性,增大比表面积的同时,在其表面引入羧基、羟基等含氧基团,并将其与硫复合,并表征其电化学性能。结果表明,酸处理改性后的AB/S正极在0.2 C倍率下,循环100次正极材料的放电比... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池概述
        1.2.1 锂硫电池的结构和工作原理
        1.2.2 锂硫电池存在的问题
    1.3 锂硫电池正极材料改性
        1.3.1 碳/硫复合正极材料
        1.3.2 氧化物/硫复合正极材料
        1.3.3 导电聚合物/硫复合正极材料
        1.3.4 锂硫电池正极包覆结构研究
    1.4 本文的研究内容与意义
第2章 实验材料与测试方法
    2.1 实验原料及设备
        2.1.1 实验药品
        2.1.2 实验仪器
    2.2 样品形貌及结构表征
        2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.4 热重分析(TGA)
        2.2.5 傅里叶红外光谱测试(FTIR)
    2.3 电池的装配与性能测试
        2.3.1 电池极片的制备和扣式电池的装配
        2.3.2 充放电及循环性能测试
        2.3.3 循环伏安测试(CV)
        2.3.4 交流阻抗测试(EIS)
第3章 AB/S@PPY正极材料制备及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料制备工艺
        3.2.1 AB酸处理
        3.2.2 AB/S正极材料制备
        3.2.3 化学氧化合成AB/S@PPY正极材料的制备
    3.3 硫含量对AB/S正极材料形貌和性能的影响
        3.3.1 复合材料中实际硫含量的确定
        3.3.2 硫含量对正极材料结构的影响
        3.3.3 硫含量对正极材料电化学性能的影响
    3.4 酸处理对AB/S正极材料结构和性能的影响
        3.4.1 酸处理对正极材料微观形貌的影响
        3.4.2 酸处理对正极材料电化学性能的影响
    3.5 PPY包覆对AB/S正极材料形貌和性能的影响
        3.5.1 XRD测试与分析
        3.5.2 红外光谱分析
        3.5.3 SEM和EDS测试及分析
        3.5.4 TEM和元素分布测试及分析
        3.5.5 热重测试
        3.5.6 聚吡咯包覆对正极材料电化学性能的影响
        3.5.7 多硫化物吸附性能测试
    3.6 本章小结
第4章 MWCNTs/S@PPY正极材料制备及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 MWCNTs/S@PPY正极材料的制备流程
        4.2.1 碳纳米管的酸化改性
        4.2.2 物理硫沉积合成MWCNTs/S正极材料的制备
        4.2.3 化学氧化合成MWCNTs/S@PPY复合材料的工艺流程
    4.3 硫含量对碳纳米管/硫正极材料形貌和性能的影响
        4.3.1 复合材料中实际硫含量的确定
        4.3.2 硫含量对正极材料微观形貌的影响
        4.3.3 硫含量对正极材料电化学性能的影响
    4.4 酸处理对碳纳米管/硫正极材料形貌和性能的影响
        4.4.1 酸处理对正极材料微观形貌的影响
        4.4.2 酸处理对正极材料电化学性能的影响
    4.5 PPY包覆对正极材料的结构与电化学性能影响
        4.5.1 XRD测试与分析
        4.5.2 红外光谱分析
        4.5.3 SEM和EDS测试及分析
        4.5.4 TEM和元素分布测试及分析
        4.5.5 热重测试
        4.5.6 PPY包覆对电化学性能的影响
        4.5.7 多硫化物吸附性能测试
    4.6 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]A polypyrrole-coated acetylene black/sulfur composite cathode material for lithium–sulfur batteries[J]. Wu Yang,Wang Yang,Jiani Feng,Xiujuan Qin.  Journal of Energy Chemistry. 2018(03)
[2]多壁碳纳米管夹层抑制锂硫电池穿梭效应[J]. 王杰,孙晓刚,陈珑,邱治文,蔡满园,李旭,陈玮.  化工进展. 2018(03)
[3]锂硫电池复合硫正极中客体材料与多硫化物的相互作用[J]. 唐晓楠,孙振华,陈克,杨慧聪,禚淑萍,李峰.  储能科学与技术. 2017(03)
[4]单质硫/乙炔黑复合材料的制备与性能[J]. 王雪丽,魏俊华,王振,王庆杰.  电池. 2015(04)
[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]锂离子电池基础科学问题（Ⅺ）——锂空气电池与锂硫电池[J]. 彭佳悦,刘亚利,黄杰,李泓.  储能科学与技术. 2014(05)
[7]石墨烯包覆碳纳米管-硫（CNT-S）复合材料及锂硫电池性能[J]. 郑加飞,郑明波,李念武,吕洪岭,邱兰,曹洁明,姬广斌.  无机化学学报. 2013(07)
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[9]聚苯胺包覆对锂硫电池电化学性能的影响[J]. 熊仕昭,王华林,洪晓斌,谢凯,周勇军.  电源技术. 2011(06)
[10]3种酸氧化法制备的功能化多壁碳纳米管中含氧官能团含量的比较[J]. 陈喆,何华,谭树华,查隽,黄继龙.  分析化学. 2011(05)

硕士论文
[1]导电聚合物应用于锂硫电池并改善其电化学性能[D]. 李艳容.华中科技大学 2015
[2]花朵状聚吡咯的合成及其在锂硫电池中的应用[D]. 李真真.湘潭大学 2015



本文编号：3181118