基于多孔碳的锂硫电池正极材料的制备及性能研究
发布时间：2021-06-29 10:29
锂硫电池,因其极高的能量密度（1672mAh/g）,以及环境友好和储量大等优点,被视为下一代二次电池的有力候选者。但目前依然存在反应不充分、穿梭效应严重和循环性能差等问题。新型高效的正极材料能有效的解决这些问题,进而改善锂硫电池的性能。基于当前锂硫电池的研究进展,我们认为以过渡金属及其化合物和多孔碳的复合材料能较好的提高锂硫电池性能。一方面,过渡金属及其化合物可以有效地抑制穿梭效应并提高循环性能;另一方面,多孔碳能够增强电池电极的导电性,促进正负极的反应。此外,多孔碳还对多硫化物具有一定的吸附能力。本文的主要研究工作如下:（1）制备了碳基复合材料CoFe@NC/PPC并用于锂硫电池正极材料的性能研究。首先将普鲁士蓝类似物负载在处理过的柚子皮上,然后通过高温煅烧的方法制备了生物质衍生碳材料CoFe@NC/PPC。通过一系列表征手段对材料的微观形貌、结构组成等进行了研究。最后制成扣式电池并进行了循环、倍率等性能测试。结果显示该电池表现出了较好的循环稳定性,小电流（0.1 C,1 C=1672 mAh/g）下初始比容量可以达到1049.3 mAh/g,大电流（1C）下初始比容量下为915.6...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池的结构示意图
硕士学位论文12微观形貌，并且放大倍数更高，可以达到纳米级的放大。利用高倍透射电子显微镜可以更细微的观测到样品的结构，甚至测量样品的晶格间距，并与样品的物相结构相印证。2.5锂硫电池的制作及性能测试（Productionandperformancetestoflithiumsulfurbattery）2.5.1锂硫电池的组装图2-12025型扣式电池Figure2-12025typebuttonbattery为了方便进行电池性能测试，我们将材料制成了扣式电池，2025型扣式电池如图2-1所示。预先利用涂覆法将所制得的硫阴极材料涂覆在铝箔上，并通过切片机切割成圆形正极片以备电池制作。扣式电池制作流程如下：首先，将正极壳正面朝上放置在最底层，在正极壳的正中间放置制得的正极片，利用移液枪提取适量锂硫电池电解液并滴在正极片上使之浸润。其次，在正极片上放置隔膜并滴取电解液在隔膜上，然后依次放置锂片、垫片和弹片，并用负极壳盖住电池。最后，利用压片机对电池进行封装。在电池制作过程中，所有材料尽量一次性放置到位，以免移动会对电池性能造成影响。考虑到锂的化学活性，电池制作过程需要在布劳恩手套箱中进行以保证隔水隔氧。其中，手套箱的含水量和含氧量应控制在0.05ppm以下。2.5.2电化学性能测试对锂硫电池进行电化学性能测试以研究电池的基本属性、容量表现及循环稳定性，通过图2-2的性能测试系统完成，该系统包括新威高性能测试系统以及电化学工作站。其中新威高性能测试系统用来进行恒电流充放电测试，P4000电化
2实验及表征方法13学工作站用来测试循环伏安曲线以及交流阻抗谱。锂硫电池的电化学性能测试主要包括：（1）恒电流充放电测试恒电流充放电测试是指在一定电压范围下，通过保持电流不变测试电池在充放电过程中的容量变化的方法，通常用来考察电池的初始比容量和循环稳定性。电池的测试采用的是新威高性能电池测试装置，测试方法包括循环稳定性测试和倍率测试，循环测试工程中工步参数设置如表2-3所示。其中电流大小由测试条件以及电池中硫的负载量决定。可以看出循环测试是指电池在保持电流不变的情况下在1.7-2.8V电压区间内进行多次充放电。同样的，倍率性能测试的工步设置与循环测试大致相同，只需每隔10次循环改变电流的大小即可。表2-3锂硫电池循环性能测试步骤参数Table2-3ParametersforcycleperformanceteststepofLithium-sulfurbattery工步号工步名称时间循环次数电压(V)电流(mA)1搁置00:10:002恒流放电1.70.1C3搁置00:02:004恒流充电2.80.1C5循环起始工步：12006结束（2）电池电化学阻抗测试（EIS）电化学阻抗测试是对电池系统的模拟。它是指将电池视为一个等效电路，测量电池的阻抗特性随输入电压频率变化的曲线，并由此可以对电池等效电路进行拟合并得出各元件的参数，可以用来分析电池的结构和电极属性。实验中所需的电压设置为5mV，频率变化范围为10mHz至0.1MHz。图2-2锂硫电池性能测试系统Figure2-2Lithium-sulfurbatteryperformancesystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]Highly Reversible Li–Se Batteries with Ultra-Lightweight N,S-Codoped Graphene Blocking Layer[J]. Xingxing Gu,Lingbao Xin,Yang Li,Fan Dong,Min Fu,Yanglong Hou. Nano-Micro Letters. 2018(04)
[2]多孔掺磷碳纳米管:磷酸水热合成及其在氧还原和锂硫电池中的应用（英文）[J]. 郭梦清,黄佳琦,孔祥屹,彭翃杰,税晗,钱方圆,朱林,朱万诚,张强. 新型炭材料. 2016(03)
本文编号：3256279
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池的结构示意图
硕士学位论文12微观形貌，并且放大倍数更高，可以达到纳米级的放大。利用高倍透射电子显微镜可以更细微的观测到样品的结构，甚至测量样品的晶格间距，并与样品的物相结构相印证。2.5锂硫电池的制作及性能测试（Productionandperformancetestoflithiumsulfurbattery）2.5.1锂硫电池的组装图2-12025型扣式电池Figure2-12025typebuttonbattery为了方便进行电池性能测试，我们将材料制成了扣式电池，2025型扣式电池如图2-1所示。预先利用涂覆法将所制得的硫阴极材料涂覆在铝箔上，并通过切片机切割成圆形正极片以备电池制作。扣式电池制作流程如下：首先，将正极壳正面朝上放置在最底层，在正极壳的正中间放置制得的正极片，利用移液枪提取适量锂硫电池电解液并滴在正极片上使之浸润。其次，在正极片上放置隔膜并滴取电解液在隔膜上，然后依次放置锂片、垫片和弹片，并用负极壳盖住电池。最后，利用压片机对电池进行封装。在电池制作过程中，所有材料尽量一次性放置到位，以免移动会对电池性能造成影响。考虑到锂的化学活性，电池制作过程需要在布劳恩手套箱中进行以保证隔水隔氧。其中，手套箱的含水量和含氧量应控制在0.05ppm以下。2.5.2电化学性能测试对锂硫电池进行电化学性能测试以研究电池的基本属性、容量表现及循环稳定性，通过图2-2的性能测试系统完成，该系统包括新威高性能测试系统以及电化学工作站。其中新威高性能测试系统用来进行恒电流充放电测试，P4000电化
2实验及表征方法13学工作站用来测试循环伏安曲线以及交流阻抗谱。锂硫电池的电化学性能测试主要包括：（1）恒电流充放电测试恒电流充放电测试是指在一定电压范围下，通过保持电流不变测试电池在充放电过程中的容量变化的方法，通常用来考察电池的初始比容量和循环稳定性。电池的测试采用的是新威高性能电池测试装置，测试方法包括循环稳定性测试和倍率测试，循环测试工程中工步参数设置如表2-3所示。其中电流大小由测试条件以及电池中硫的负载量决定。可以看出循环测试是指电池在保持电流不变的情况下在1.7-2.8V电压区间内进行多次充放电。同样的，倍率性能测试的工步设置与循环测试大致相同，只需每隔10次循环改变电流的大小即可。表2-3锂硫电池循环性能测试步骤参数Table2-3ParametersforcycleperformanceteststepofLithium-sulfurbattery工步号工步名称时间循环次数电压(V)电流(mA)1搁置00:10:002恒流放电1.70.1C3搁置00:02:004恒流充电2.80.1C5循环起始工步：12006结束（2）电池电化学阻抗测试（EIS）电化学阻抗测试是对电池系统的模拟。它是指将电池视为一个等效电路，测量电池的阻抗特性随输入电压频率变化的曲线，并由此可以对电池等效电路进行拟合并得出各元件的参数，可以用来分析电池的结构和电极属性。实验中所需的电压设置为5mV，频率变化范围为10mHz至0.1MHz。图2-2锂硫电池性能测试系统Figure2-2Lithium-sulfurbatteryperformancesystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]Highly Reversible Li–Se Batteries with Ultra-Lightweight N,S-Codoped Graphene Blocking Layer[J]. Xingxing Gu,Lingbao Xin,Yang Li,Fan Dong,Min Fu,Yanglong Hou. Nano-Micro Letters. 2018(04)
[2]多孔掺磷碳纳米管:磷酸水热合成及其在氧还原和锂硫电池中的应用（英文）[J]. 郭梦清,黄佳琦,孔祥屹,彭翃杰,税晗,钱方圆,朱林,朱万诚,张强. 新型炭材料. 2016(03)
本文编号：3256279
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