碳在锂硫电池负极材料中的应用研究

发布时间：2017-11-02 04:02

  本文关键词：碳在锂硫电池负极材料中的应用研究

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【摘要】：本文将研究重点放在锂硫电池负极,分别以纯稳态锂粉(SLMP)、掺杂不同含量的硬碳和中间相碳微球(MCMB)为锂硫电池负极材料,在手套箱中进行负极片的制备,以探索稳态锂粉负极掺碳的最佳含量和电池的最优电化学性能,并与使用普通锂箔做负极的锂硫电池性能进行对比。研究结果显示：(1)、相比普通锂箔锂硫电池,使用纯稳态锂粉做负极的锂硫电池在倍率循环过程中的大电流密度下,比容量提升了200%；首次放电比容量为1132.3 mAh/g,且首次充放电电位差降低了O.1V,可逆性增强。在恒流循环性能中,200 mA/g电流密度下进行50次循环,稳态锂粉电池比容量相比较高且曲线下降较缓,在1000 mA/g电流密度进行60次循环,稳态锂粉电池比容量约是普通锂箔电池的两倍。(2)、在稳态锂粉中掺杂不同含量硬碳,结果显示,添加10%、20%和30%硬碳时,电池首次充放电过充基本消失,且倍率循环性能相比纯稳态锂粉电池有了进一步的提高,尤其是添加30%硬碳时,电池在各电流密度下比容量相对较高。添加20%硬碳的锂硫电池,首次放电比容量高达1300.9mAh/g,在200mA/g.500mA/g和1000mA/g电流密度下,连续充放电80次的循环稳定性提升,且比容量高,表现出了最好的循环性能。添加40%硬碳时,电池各项电化学性能较差,说明此时硬碳含量已过量。(3)、与纯稳态锂粉电池相比,稳态锂粉负极添加20%MCMB的锂硫电池倍率循环性能优异,电池稳定性和比容量提升,表现出了较好的倍率性能。在500mA/g下循环80次,添加20%MCMB的电池比容量有所提升,但其在1000mA/g电流下进行循环,性能较差。
【关键词】：锂硫电池 稳态锂粉 硬碳 中间相碳微球 锂箔
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 学位论文数据窠3-4
• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 锂硫电池概述12-13
• 1.2 锂硫电池构造和工作原理13-15
• 1.3 硫正极的研究进展15-19
• 1.3.1 多孔碳/硫复合材料15-16
• 1.3.2 导电聚合物/硫复合材料16-17
• 1.3.3 碳纳米管/硫复合材料17-18
• 1.3.4 石墨烯/硫复合材料18
• 1.3.5 氧化物/硫复合材料18-19
• 1.4 锂负极的研究进展19-26
• 1.4.1 电解液添加剂调控锂电极表面20-23
• 1.4.2 对金属锂电极进行预处理23
• 1.4.3 制备新形态锂负极23-26
• 1.5 本工作的研究目的和内容26-28
• 第二章 实验部分28-36
• 2.1 实验药品及仪器28-29
• 2.1.1 实验药品及材料28-29
• 2.1.2 实验仪器29
• 2.2 电池正负极制备与组装29-31
• 2.2.1 电池正极制备29-30
• 2.2.2 电池负极制备30-31
• 2.2.3 电池组装31
• 2.3 材料表征仪器31-33
• 2.3.1 扫描电子显微镜和能谱(SEM-EDS)31-32
• 2.3.2 X射线衍射(XRD)32
• 2.3.3 光学显微分析32-33
• 2.4 材料电化学性能测试33-36
• 2.4.1 恒流充放电测试(DC)33
• 2.4.2 循环伏安测试(CV)33-34
• 2.4.3 电化学阻抗谱(EIS)34-36
• 第三章 结果与讨论36-64
• 3.1 稳态锂粉做锂硫电池负极的研究36-46
• 3.1.1 稳态锂粉的形貌分析36-37
• 3.1.2 稳态锂粉锂硫电池的电化学性能分析37-42
• 3.1.3 充放电循环后正极材料的表征42-45
• 3.1.4 小结45-46
• 3.2 添加硬碳对锂硫电池性能的影响46-57
• 3.2.1 硬碳的形貌和结构46-48
• 3.2.2 负极添加硬碳的锂硫电池电化学性能48-54
• 3.2.3 充放电循环后正极的表征54-56
• 3.2.4 小结56-57
• 3.3 添加MCMB对锂硫电池性能的影响57-64
• 3.3.1 MCMB的形貌和结构57-58
• 3.3.2 负极添加MCMB的锂硫电池电化学性能58-60
• 3.3.3 充放电循环后正极的表征60-62
• 3.3.4 小结62-64
• 第四章 结论64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 研究成果及发表的学术论文74-76
• 作者和导师简介76-78
• 附件78-79

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