高粱米基多孔碳的Li-S电池正极性能研究
发布时间：2021-07-28 23:09
锂硫（Li-S）电池由于其能量密度高、成本低而受到研究者的高度关注。然而,由于活性硫电导率极低和多硫化合物的“穿梭效应”,限制了锂硫电池的进一步发展。研究者普遍认为,具有高导电率的多孔碳可以在一定程度上缓解中间产物的穿梭,提高单质硫的利用率。因此,本文尝试采用氢氧化钾活化高粱米制备多孔碳材料（SPC）,研究炭化温度、活化温度和碱炭比对多孔碳孔结构的影响。采用熔融扩散法将单质硫植入多孔碳,构建多孔碳/硫复合正极（SPC/S）,并考察载硫量和孔结构对电池循环性能的影响。同时,分别采用三聚氰胺和氯化镍对SPC进行氮元素与金属镍掺杂,并分别构筑两种复合正极,最后研究这两种复合电极电化学性能。主要研究结果如下:工艺优化发现,当炭化温度为400℃,活化温度为700℃,碱炭比为1:4时SPC具有较大的比表面积（759.134m2/g）与总孔容（0.482cm3/g）。当载硫量为53%时,SPC/S复合电极表现出最佳的循环性能,具体为:SPC/S复合电极在电流密度为0.1C时,首圈放电比容量达660.4m Ah/g,循环50圈后比容量降至361.5m Ah/...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Li-S电池的放电-充电曲线：区域①固体硫转化为可溶性多硫化物；②多硫化物转化成固体Li2S2；③固体Li2S2转化为固体Li2S[7]
辽宁科技大学硕士学位论文3图1.2各种可充电电池系统的理论能量密度比较图[12]Fig.1.2Schematiccomparisonofthetheoreticalenergydensitiesofvariousrechargeablebatterysystems[12]Li-S电池面临的挑战如图1.3所示[13]，影响其电化学性能的主要因素是硫和放电过程中的最终产物Li2S2和Li2S是不导电的，这使电池循环性变差；循环过程中的“穿梭效应”；中间产物多硫化物通过隔膜在锂负极形成不溶性的Li2S，Li2S附着在负极表面，导致负极钝化以及在放电过程中硫会发生体积变形导致电池的容量快速衰减，具体解释如下：图1.3锂电池面临的挑战示意图[13]Fig.1.3SchematicofthechallengesfacedbyLi-Sbatteries[13]（1）硫的绝缘性质首先，硫和其最终放电产物Li2S2和Li2S的电导率十分低（硫的电导率为5×10-30S/cm）[14]。这些被认为是绝缘材料，这使能量密度降低，也会使活性材料的利用率降低，从而导致循环性能变差。因此，有必要添加适量的导电剂，将其与活性物质充分且均匀地混合，以确保电子的顺利传输，使电极反应动力
辽宁科技大学硕士学位论文3图1.2各种可充电电池系统的理论能量密度比较图[12]Fig.1.2Schematiccomparisonofthetheoreticalenergydensitiesofvariousrechargeablebatterysystems[12]Li-S电池面临的挑战如图1.3所示[13]，影响其电化学性能的主要因素是硫和放电过程中的最终产物Li2S2和Li2S是不导电的，这使电池循环性变差；循环过程中的“穿梭效应”；中间产物多硫化物通过隔膜在锂负极形成不溶性的Li2S，Li2S附着在负极表面，导致负极钝化以及在放电过程中硫会发生体积变形导致电池的容量快速衰减，具体解释如下：图1.3锂电池面临的挑战示意图[13]Fig.1.3SchematicofthechallengesfacedbyLi-Sbatteries[13]（1）硫的绝缘性质首先，硫和其最终放电产物Li2S2和Li2S的电导率十分低（硫的电导率为5×10-30S/cm）[14]。这些被认为是绝缘材料，这使能量密度降低，也会使活性材料的利用率降低，从而导致循环性能变差。因此，有必要添加适量的导电剂，将其与活性物质充分且均匀地混合，以确保电子的顺利传输，使电极反应动力
【参考文献】：
期刊论文
[1]蛋白质制备锂硫电池正极材料的研究[J]. 王奕文,徐红,卢曼. 山东化工. 2018(24)
[2]氮掺杂介孔碳/硫复合材料的制备及其用作锂硫电池正极材料的研究[J]. 蔡周阳,李玉姣,林山,蔡玉荣. 浙江理工大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]不同生物炭材料的制备及其在Li-S电池中的应用（英文）[J]. 李君涛,吴娇红,张涛,黄令. 物理化学学报. 2017(05)
博士论文
[1]锂硫电池多维度碳基复合正极材料的构建及电化学性能研究[D]. 钟宇.浙江大学 2019
[2]掺杂型碳材料抑制锂硫电池穿梭效应的研究[D]. 蔡文龙.中国科学技术大学 2019
[3]高稳定性硫正极材料的设计合成及其电化学性能研究[D]. 何斌.大连理工大学 2018
[4]多孔碳的制备、载硫及其复合物的电化学性能研究[D]. 于法祺.山东大学 2018
硕士论文
[1]氮掺杂多级孔碳材料的合成及其在锂硫电池中的应用[D]. 李亚波.武汉理工大学 2018
本文编号：3308830
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Li-S电池的放电-充电曲线：区域①固体硫转化为可溶性多硫化物；②多硫化物转化成固体Li2S2；③固体Li2S2转化为固体Li2S[7]
辽宁科技大学硕士学位论文3图1.2各种可充电电池系统的理论能量密度比较图[12]Fig.1.2Schematiccomparisonofthetheoreticalenergydensitiesofvariousrechargeablebatterysystems[12]Li-S电池面临的挑战如图1.3所示[13]，影响其电化学性能的主要因素是硫和放电过程中的最终产物Li2S2和Li2S是不导电的，这使电池循环性变差；循环过程中的“穿梭效应”；中间产物多硫化物通过隔膜在锂负极形成不溶性的Li2S，Li2S附着在负极表面，导致负极钝化以及在放电过程中硫会发生体积变形导致电池的容量快速衰减，具体解释如下：图1.3锂电池面临的挑战示意图[13]Fig.1.3SchematicofthechallengesfacedbyLi-Sbatteries[13]（1）硫的绝缘性质首先，硫和其最终放电产物Li2S2和Li2S的电导率十分低（硫的电导率为5×10-30S/cm）[14]。这些被认为是绝缘材料，这使能量密度降低，也会使活性材料的利用率降低，从而导致循环性能变差。因此，有必要添加适量的导电剂，将其与活性物质充分且均匀地混合，以确保电子的顺利传输，使电极反应动力
辽宁科技大学硕士学位论文3图1.2各种可充电电池系统的理论能量密度比较图[12]Fig.1.2Schematiccomparisonofthetheoreticalenergydensitiesofvariousrechargeablebatterysystems[12]Li-S电池面临的挑战如图1.3所示[13]，影响其电化学性能的主要因素是硫和放电过程中的最终产物Li2S2和Li2S是不导电的，这使电池循环性变差；循环过程中的“穿梭效应”；中间产物多硫化物通过隔膜在锂负极形成不溶性的Li2S，Li2S附着在负极表面，导致负极钝化以及在放电过程中硫会发生体积变形导致电池的容量快速衰减，具体解释如下：图1.3锂电池面临的挑战示意图[13]Fig.1.3SchematicofthechallengesfacedbyLi-Sbatteries[13]（1）硫的绝缘性质首先，硫和其最终放电产物Li2S2和Li2S的电导率十分低（硫的电导率为5×10-30S/cm）[14]。这些被认为是绝缘材料，这使能量密度降低，也会使活性材料的利用率降低，从而导致循环性能变差。因此，有必要添加适量的导电剂，将其与活性物质充分且均匀地混合，以确保电子的顺利传输，使电极反应动力
【参考文献】：
期刊论文
[1]蛋白质制备锂硫电池正极材料的研究[J]. 王奕文,徐红,卢曼. 山东化工. 2018(24)
[2]氮掺杂介孔碳/硫复合材料的制备及其用作锂硫电池正极材料的研究[J]. 蔡周阳,李玉姣,林山,蔡玉荣. 浙江理工大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]不同生物炭材料的制备及其在Li-S电池中的应用（英文）[J]. 李君涛,吴娇红,张涛,黄令. 物理化学学报. 2017(05)
博士论文
[1]锂硫电池多维度碳基复合正极材料的构建及电化学性能研究[D]. 钟宇.浙江大学 2019
[2]掺杂型碳材料抑制锂硫电池穿梭效应的研究[D]. 蔡文龙.中国科学技术大学 2019
[3]高稳定性硫正极材料的设计合成及其电化学性能研究[D]. 何斌.大连理工大学 2018
[4]多孔碳的制备、载硫及其复合物的电化学性能研究[D]. 于法祺.山东大学 2018
硕士论文
[1]氮掺杂多级孔碳材料的合成及其在锂硫电池中的应用[D]. 李亚波.武汉理工大学 2018
本文编号：3308830
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3308830.html
