松针状碳纳米管/碳纤维复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用

发布时间：2023-11-30 18:24

　　锂硫电池具有理论比容量高、成本低、环境友好等优点,被公认为最具发展潜力的高能量密度二次锂电池之一。但是硫和固态放电产物为电子绝缘体、中间产物易溶于电解液、充放电过程存在体积效应,这些因素造成锂硫电池活性物质利用率低、循环性能差等问题,阻碍了锂硫电池的实用化。研究者们发现电子导体材料结构稳定性不足是电池循环稳定性差的重要原因,同时提出硫电极在电池放电过程中电化学反应的微观空间位置在电子导体与电解液界面处的观点。本论文以解决硫正极材料在反应过程中结构稳定性差的问题、确认电化学反应的微观空间位置为目的,制备了一种无粘结剂的整体三维多孔电子导体材料与硫复合,初步对不同表面化学性质的一体化正极材料的制备、微观结构及电化学性能展开了研究。具体工作内容和主要结论如下:(1)松针状碳纳米管/碳纤维复合材料的制备及表征本论文采用价格低廉、导电性好的碳纸作为基底,利用热催化化学气相沉积法(CVD),以二甲苯为碳源,二茂铁为有机催化剂前驱体,在无机催化剂前驱体预处理的碳纸碳纤维(CF/CP)上沉积碳纳米管(CNTs),制备了松针状碳纳米管/碳纤维复合材料(CNTs/CF)。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池概述
        1.2.1 锂硫电池简介
        1.2.2 锂硫电池工作原理
        1.2.3 锂硫电池存在问题及解决方法
    1.3 锂硫电池正极材料研究现状
        1.3.1 吸附性正极材料
        1.3.2 包覆性正极材料
        1.3.3 无粘结剂的整体三维多孔电子导体材料
    1.4 本文的选题依据及研究内容
        1.4.1 本文的选题依据
        1.4.2 主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验药品
    2.2 实验仪器
    2.3 实验内容
        2.3.1 碳纤维基底的表面预处理
        2.3.2 催化剂前驱体预置层的涂覆
        2.3.3 松针状碳纳米管/碳纤维复合材料的制备
        2.3.4 硫正极材料的制备
        2.3.5 锂硫电池的组装
    2.4 材料结构物理表征
        2.4.1 SEM表征
        2.4.2 TEM表征
        2.4.3 XRD表征
    2.5 电化学性能测试
        2.5.1 恒流充放电测试
        2.5.2 循环伏安测试
        2.5.3 交流阻抗测试
第三章 松针状碳纳米管/碳纤维复合材料的制备及表征
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 碳纸碳维纤表面的预处理
        3.2.2 碳纳米管/碳纤维复合材料的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 SEM表征结果及讨论
        3.3.2 TEM表征结果及讨论
        3.3.3 XRD表征结果及讨论
    3.4 本章小结
第四章 硫/松针状碳纳米管/碳纤维复合硫电极的制备及其电化学性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验过程
        4.2.1 硫正极材料的制备
        4.2.2 锂硫电池的组装
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 S/CNTs/CF电池组装工艺条件的选择
        4.3.2 S/CNTs/CF复合材料载硫方法的选择
        4.3.3 S/CNTs/CF的SEM、EDS表征结果及讨论
        4.3.4 XRD表征结果及讨论
        4.3.5 S/CNTs/CF电池与S/C电池的电化学性能结果及讨论
    4.4 本章小结
第五章 松针状碳纳米管/碳纤维复合导电材料表面组成对锂硫电池性能的影响
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 不同表面组成的松针状碳纳米管/碳纤维复合材料的制备
        5.2.2 硫正极的制备
        5.2.3 扣式电池的组装及电化学测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 XRD表征结果与讨论
        5.3.2 不同表面组成的复合导电材料对锂硫电池充放电性能的测试结果
        5.3.3 不同表面组成的复合导电材料对锂硫电池交流阻抗的测试结果
        5.3.4 不同表面组成的复合导电材料对锂硫电池循环伏安的测试结果
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 研究工作的不足
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：3868992