过渡金属化合物的制备及其锂硫电池性能研究
发布时间：2021-06-26 03:25
随着新兴电动汽车和可移动便携式仪器的市场需求,以及化石燃料等不可再生能源的过度消耗导致的环境污染严重等一系列的问题,急切要求人类开发出无毒无害、高能量密度以及价格低廉的电子存储装置。虽然锂离子电池目前已经占据了绝大部分市场但由于其低的理论容量阻碍了其将来的实际应用。因此,寻找新的能量存储装置是当前研究的重重之重,在目前已有的能量转化设备中,由于锂硫电池具有高理论比容量(1675mAhg-1)和高能量密度(2600 Whkg-1),被科研人员视为重点研究对象。单质硫在地壳中储量丰富,成本低,无毒以及资源丰富等特点,能为锂硫电池的开发提供良好的基础条件。然而锂硫电池同样面临着许多的问题待解决,如单质硫和硫化锂的低导电性造成了电池低循环利用率和低循环性能、多硫化物溶解于电解质溶液中导致的“穿梭效应”使得电池容量衰减较快、硫的体积膨胀造成了主体材料的结构坍塌。因此寻找一种能够物理限制以及化学吸附多硫化物,同时还能容纳硫的体积膨胀的正极材料成为了本课题研究的关键点。本论文以过渡金属化合物为强吸附剂,聚多巴胺PDA为碳源,成功地将过渡金属化合物和PDA结...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫与锂离子电池的能量密度图
中北大学学位论文4向Li2S转换的过程中，在反应动力学中转换最缓慢，这是由于Li2S2在电解液中的不溶解而导致其缓慢扩散。图1-2（a）电化学原理图和（b）在乙醚基电解质中锂硫电池的充放电电压谱Fig.1-2(a)Electrochemicalschematicdiagramand(b)charge-dischargevoltagespectrumoflithium-sulfurbatteryinether-basedelectrolyte1.2.2锂硫电池的优点(1)锂硫电池具有的能量约是商业上普遍使用的锂电池的3~5倍，因其具有1672mAh/g高的理论比容量和2600Wh/kg高的质量比能量[7]。(2)锂硫电池的质量轻，硫的密度约为2.0g/cm3，当它用作正极材料时制备出的二次电池携带方便。(3)单质硫是一种环境友好型元素，对环境几乎没有污染，以硫作正极制备的锂硫电池是一种环保、无污染的新型储能设备，其使用后几乎不产生毒性物质，是一种绿色清洁能源[8]。(4)锂硫电池生产成本低。锂硫电池以锂为负极，单质硫为正极，这两者材料在地壳中资源丰富，成本低，是一种很有价值的锂二次电池体系。(5)锂硫电池低温性能好。其在-60℃的极寒环境下仍能继续工作，这是其他任何
中北大学学位论文70.2C的速率下循环180圈后，比放电容量仍达到749.8mAhg-1。甚至在1C的高电流密度下经过200个循环后，容量保持在666.0mAhg-1。Yan等人[15]合成了具有分级孔隙结构的核-壳型颗粒形态（包括有序介孔碳核和极性微孔碳壳）的氮掺杂碳材料，在0.5C的电流密度下，初始放电容量高达900mAhg-1以上，经过250个循环后容量保持率约为90%。Bao等人[16]通过碳化MWCNT@MOF-5多面体制备了多壁碳纳米管@中孔碳（MWCNT@Meso-C）主体材料用于锂硫电池阴极，在0.5C的高电流速率下首次放电高达1343mAhg-1，经过50次循环后达到540mAhg-1。zhou等人[17]制备了N/O双掺杂空心碳微球（HCM），HCM宿主由多孔纳米片构成，HCMs-S阴极在1-2C下可逆容量约为900mAh/g，经过900个循环后保持容量为530mAh/g。Park等人[18]成功地通过气溶胶辅助工艺（超声波喷雾热解）合成了高孔隙度的中空碳-碳纳米管（CNTs）复合微球用于硫主体，在1C的电流密度下经过250个循环后表现出697mAhg-1的放电容量。图1-3（a）高度有序的介孔碳（CMK-3）的原理图（b）NDHC@C的示意图（c）HCM的合成过程示意图（d）.多孔中空碳纳米管复合微球的喷雾热解形成机理Fig.1-3(a)schematicdiagramofhighlyorderedmesoporouscarbon(CMK-3)(b)SchematicofNDHC@C(c)SchematicofHCMsynthesis(d)Spraypyrolysisformationmechanismofporoushollowcarbonnanotubecompositemicrospheres
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫/聚吡咯正极材料的制备及性能研究[J]. 李宇洁,周小中. 陇东学院学报. 2019(02)
[2]中空CoMn2O4/NC复合物的合成及其电化学性能研究[J]. 张庆,酒红芳,高玉莹,田姣,孙瑜. 精细化工中间体. 2018(05)
[3]聚多巴胺包覆纳米金刚石改性环氧树脂纳米复合材料的制备与性能[J]. 张鹏飞,樊友,李靖宇,赵海超. 当代化工. 2018(05)
硕士论文
[1]金属氧化物基锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 张少梅.中北大学 2018
[2]普鲁士蓝类配合物催化苯乙烯环氧化制备环氧苯乙烷的性质研究[D]. 易超勇.兰州大学 2012
本文编号：3250534
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫与锂离子电池的能量密度图
中北大学学位论文4向Li2S转换的过程中，在反应动力学中转换最缓慢，这是由于Li2S2在电解液中的不溶解而导致其缓慢扩散。图1-2（a）电化学原理图和（b）在乙醚基电解质中锂硫电池的充放电电压谱Fig.1-2(a)Electrochemicalschematicdiagramand(b)charge-dischargevoltagespectrumoflithium-sulfurbatteryinether-basedelectrolyte1.2.2锂硫电池的优点(1)锂硫电池具有的能量约是商业上普遍使用的锂电池的3~5倍，因其具有1672mAh/g高的理论比容量和2600Wh/kg高的质量比能量[7]。(2)锂硫电池的质量轻，硫的密度约为2.0g/cm3，当它用作正极材料时制备出的二次电池携带方便。(3)单质硫是一种环境友好型元素，对环境几乎没有污染，以硫作正极制备的锂硫电池是一种环保、无污染的新型储能设备，其使用后几乎不产生毒性物质，是一种绿色清洁能源[8]。(4)锂硫电池生产成本低。锂硫电池以锂为负极，单质硫为正极，这两者材料在地壳中资源丰富，成本低，是一种很有价值的锂二次电池体系。(5)锂硫电池低温性能好。其在-60℃的极寒环境下仍能继续工作，这是其他任何
中北大学学位论文70.2C的速率下循环180圈后，比放电容量仍达到749.8mAhg-1。甚至在1C的高电流密度下经过200个循环后，容量保持在666.0mAhg-1。Yan等人[15]合成了具有分级孔隙结构的核-壳型颗粒形态（包括有序介孔碳核和极性微孔碳壳）的氮掺杂碳材料，在0.5C的电流密度下，初始放电容量高达900mAhg-1以上，经过250个循环后容量保持率约为90%。Bao等人[16]通过碳化MWCNT@MOF-5多面体制备了多壁碳纳米管@中孔碳（MWCNT@Meso-C）主体材料用于锂硫电池阴极，在0.5C的高电流速率下首次放电高达1343mAhg-1，经过50次循环后达到540mAhg-1。zhou等人[17]制备了N/O双掺杂空心碳微球（HCM），HCM宿主由多孔纳米片构成，HCMs-S阴极在1-2C下可逆容量约为900mAh/g，经过900个循环后保持容量为530mAh/g。Park等人[18]成功地通过气溶胶辅助工艺（超声波喷雾热解）合成了高孔隙度的中空碳-碳纳米管（CNTs）复合微球用于硫主体，在1C的电流密度下经过250个循环后表现出697mAhg-1的放电容量。图1-3（a）高度有序的介孔碳（CMK-3）的原理图（b）NDHC@C的示意图（c）HCM的合成过程示意图（d）.多孔中空碳纳米管复合微球的喷雾热解形成机理Fig.1-3(a)schematicdiagramofhighlyorderedmesoporouscarbon(CMK-3)(b)SchematicofNDHC@C(c)SchematicofHCMsynthesis(d)Spraypyrolysisformationmechanismofporoushollowcarbonnanotubecompositemicrospheres
【参考文献】：
期刊论文
[1]硫/聚吡咯正极材料的制备及性能研究[J]. 李宇洁,周小中. 陇东学院学报. 2019(02)
[2]中空CoMn2O4/NC复合物的合成及其电化学性能研究[J]. 张庆,酒红芳,高玉莹,田姣,孙瑜. 精细化工中间体. 2018(05)
[3]聚多巴胺包覆纳米金刚石改性环氧树脂纳米复合材料的制备与性能[J]. 张鹏飞,樊友,李靖宇,赵海超. 当代化工. 2018(05)
硕士论文
[1]金属氧化物基锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 张少梅.中北大学 2018
[2]普鲁士蓝类配合物催化苯乙烯环氧化制备环氧苯乙烷的性质研究[D]. 易超勇.兰州大学 2012
本文编号：3250534
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3250534.html
