基于金属掺杂多孔碳/硫正极材料的制备及锂硫电池性能研究

发布时间：2022-02-28 21:35

　　锂硫电池因其高的比容量及能量密度,作为一种非常有前景的能源存储设备获得人们的广泛关注和大量研究。然而,由于硫和多硫化物中间体导电性差、锂化过程中严重的体积膨胀以及充放电过程中多硫化锂溶解引起的穿梭效应导致活性物质的流失引起库伦效率低等问题,严重阻碍了 Li-S电池进一步发展。为了解决上述问题,人们进行了大量的研究,其中包括:1)将多孔碳材料和硫或硫化锂复合;2)对碳基硫正极材料进行表面化学修饰、包覆,金属氧化物及氮化物的镶嵌来改善硫正极的导电性、极性,使其与硫或多硫化物形成强的化学作用,从而达到稳定多硫化物的作用。然而,碳载体的类型、碳基材料表面化学修饰、不同的金属掺杂对电极电化学性能的影响还存在大量空白。本文以碳/硫正极材料的制备及电化学性能研究为基础,进一步探究不同类型的碳材料以及不同金属修饰下的硫正极材料对电池电化学性能的影响。本文主要研究内容包括以下几点:（1）热溶解法制备不同硫负载量的三维多孔碳/硫复合材料（CA-S）及其电化学性能研究。通过SEM、TEM分析可以知道:材料呈现出一个良好的球形形貌窄粒度以及相互连通的孔道和三维多孔互联网络结构,有效提高了材料的比表面积,CA和... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池概述
    1.3 锂硫电池的发展历程
    1.4 锂硫电池面临的挑战
        1.4.1 单质硫及其放电产物的电绝缘特性
        1.4.2 高阶聚硫化物的溶解和穿梭效应
        1.4.3 硫正极的体积改变
    1.5 锂硫电池正极材料
        1.5.1 传统的硫复合电极
        1.5.2 传统的硫/碳复合电极
        1.5.3 无机材料
        1.5.4 高分子聚合物
        1.5.5 碳纳米材料
    1.6 本课题的主要内容及研究意义
        1.6.1 本课题的的主要内容
        1.6.2 本课题的研究意义
第二章 实验部分
    2.1 主要试剂及仪器
    2.2 材料样品表征方法
        2.2.1 X射线衍射测试(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微镜测试(SEM)
        2.2.3 透射电子显微镜测试(TEM)
        2.2.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.2.5 氮气吸脱附分
        2.2.6 热失重分析
        2.2.7 元素分析
    2.3 电池电化学性能测试
        2.3.1 电池组装
        2.3.2 恒电流充放电测试
        2.3.3 循环伏安法测试
        2.3.4 交流阻抗测试
第三章 介孔碳硫复合材料CuS-n/CA-S的制备及电化学性能研究
    3.1 材料的制备
        3.1.1 多孔碳纳米微球的制备
        3.1.2 CuS-n/CA复合材料的制备
        3.1.3 CA-S和CuS-n/CA-S电极材料的制备
    3.2 材料的结构表征分析
        3.2.1 CA和CuS-n/CA电极材料的SEM分析
        3.2.2 CA和CuS-n/CA电极材料的TEM分析
    3.3 CA和CuS-n/CA-S复合材料的电化学性能分析
    3.4 本章小结
第四章 介孔碳/硫复合材料Cu-n/CA-S的制备及电化学性能研究
    4.1 Cu-n/CA-S合成
        4.1.1 多孔碳纳米微球的制备
        4.1.2 CA和CuS-n/CA复合材料的制备
        4.1.3 CA-S和Cu-n/CA-S电极材料的制备
    4.2 材料的结构表征分析
        4.2.1 SEM和TEM表征
        4.2.2 XRD表征
        4.2.3 BET表征
    4.3 热重分析
    4.4 CA-S和Cu-n/CA-S复合材料的电化学性能分析
    4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3645614