淀粉基多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用
发布时间：2021-07-12 22:15
基于锂离子往返脱嵌原理的锂离子电池自问世以来便主导了便携式电子设备的电池市场,然而当今所拥有的锂离子电池的能量密度难以满足新型动力汽车的要求。此时,理论容量较高(1675 mAhg-1),功率密度较高(2567 Whkg-1),同时制作材料储量丰富且生产成本廉价的锂硫电池便备受关注。但是锂硫电池存在活性物质导电率低下,中间产物易溶于电解液导致“穿梭效应”和反应过程体积膨胀等问题,严重影响其充放电的电化学性能,从而使得锂硫电池仍停留在研究阶段。本文以淀粉为碳源,制备出各种适用于电池正极材料的碳/硫复合结构,同时对各组实验中淀粉基碳材料进行比较以探究影响整个电池性能的因素。首先以淀粉为碳源,分别使用硫酸钠与KOH作为活化剂,合成高负载小尺寸活性物质的正极材料（Na2SO4-C/S）与氮硫双掺杂的多孔碳基材料（NS-1）。使用Na2SO4-C/S、NS-1/S作为正极测试时,与纯硫电极相比,所装配的锂硫电池在0.5 C倍率下初始比容量分别为797与690 mAh...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池结构及原理
电子科技大学硕士学位论文18(1)活性物质负载：称取适量单质硫并与准备好的三维电极基底材料置于保护气氛围中后，将三维电极与称量的单质硫放于密闭容器中，然后在155-200oC温度内通过金属熔融法进行活性物质负载，从而得到所需的碳硫复合材料。(2)剪片：将制备好的三维碳硫复合材料通过切片机而剪为直径为12mm的电极圆片，并对每块极片进行称重记录并按照质量大小分类。2.5电池组装所得圆形极片取出称量并记录极片质量以获取较为准确地活性物质载量。将称好质量的极片、隔膜以及正极壳、负极壳、垫片、弹片转移到氩气保护下的手套箱中，以金属锂片作为负极，随后放入弹片，放入垫片并下压，垫片上方滴加适量1wt％硝酸锂的LiTFSI溶液电解液。而后将隔膜放置并浸润，而后在隔膜上方进一步滴加适量电解液，之后将制备完成的正极片放置并用正极壳将整体盖住，最后将半成品的电池整体放于压片机下施以适当压力完成电池封装。2.6电池电化学测试2.6.1锂硫电池恒流充/放电测试所合成正极材料在锂硫电池测试中比容量、长循环寿命、大电流条件下电池稳定性等性能由恒流充放电测试完成。电池恒电流充放电所使用的仪器为图2-1的武汉蓝电LANDCT3001A型电池测试仪。电池测试设置的充放电步骤是恒流充电和恒流放电，所得到的电池比容量以称量计算为准。恒流充放电的测试电压是范围是1.6-2.9V，材料整体长循环过程在0.5C倍率下恒电流测试，对于倍率测试则选用0.2C、0.5C、1C和2C等不同电流密度下进行不同电流密度测试圈数为10圈（1C=1675mAg-1），最后返回初始电流密度0.2C，测试温度为25±3°C。图2-1锂硫电池恒电流充放电测试所使用的的蓝电电池测试系统
第二章样品制备和表征技术192.6.2锂硫电池循环伏安法测试(CV)作为电化学中重要测试手段，循环伏安法(CV)适用于装配的锂硫电池测试。电池的电化学反应程度在循环伏安法测试中主要通过分析循环伏安曲线得到，本文中主要利用循环伏安法对电池初始循环阶段的电极材料中电化学过程反应物的氧化还原电位等特征进行表征，同时完成不同电极材料反应过程中的极化程度比较。图2-2为本文使用的上海辰华公司的CHI660D型电化学工作站进行CV测试，设置电压扫描范围为1.6-2.9V，扫描速率为0.1mVS-1。2.6.3锂硫电池电化学阻抗测试(EIS)电池内部电阻是表征电池性能的重要一环，可以通过电化学阻抗分析对所制备的电极在电池中动力学过程进行探究。与循环伏安法测试仪器相同，本文在电化学工作站上(图2-2，上海辰华公司，CHI660D)对初始装配条件下的锂硫电池进行交流阻抗测试，设置测试频率为100kHz–10MHz，电压扫描范围为1.6~3V，振幅为±5mV，扫描速率为0.5mVS-1。图2-2锂硫电池循环伏安法(CV)与电化学阻抗测试(EIS)所用的电化学工作站2.7本章小结这一章节对样品制备过程中所需要的药品，实验仪器进行介绍，同时展示了样品制备后的各种表征手段以及装配成锂硫电池正极材料的过程。此外简单介绍了接下来样品所要进行的一系列电化学测试。
本文编号：3280758
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂硫电池结构及原理
电子科技大学硕士学位论文18(1)活性物质负载：称取适量单质硫并与准备好的三维电极基底材料置于保护气氛围中后，将三维电极与称量的单质硫放于密闭容器中，然后在155-200oC温度内通过金属熔融法进行活性物质负载，从而得到所需的碳硫复合材料。(2)剪片：将制备好的三维碳硫复合材料通过切片机而剪为直径为12mm的电极圆片，并对每块极片进行称重记录并按照质量大小分类。2.5电池组装所得圆形极片取出称量并记录极片质量以获取较为准确地活性物质载量。将称好质量的极片、隔膜以及正极壳、负极壳、垫片、弹片转移到氩气保护下的手套箱中，以金属锂片作为负极，随后放入弹片，放入垫片并下压，垫片上方滴加适量1wt％硝酸锂的LiTFSI溶液电解液。而后将隔膜放置并浸润，而后在隔膜上方进一步滴加适量电解液，之后将制备完成的正极片放置并用正极壳将整体盖住，最后将半成品的电池整体放于压片机下施以适当压力完成电池封装。2.6电池电化学测试2.6.1锂硫电池恒流充/放电测试所合成正极材料在锂硫电池测试中比容量、长循环寿命、大电流条件下电池稳定性等性能由恒流充放电测试完成。电池恒电流充放电所使用的仪器为图2-1的武汉蓝电LANDCT3001A型电池测试仪。电池测试设置的充放电步骤是恒流充电和恒流放电，所得到的电池比容量以称量计算为准。恒流充放电的测试电压是范围是1.6-2.9V，材料整体长循环过程在0.5C倍率下恒电流测试，对于倍率测试则选用0.2C、0.5C、1C和2C等不同电流密度下进行不同电流密度测试圈数为10圈（1C=1675mAg-1），最后返回初始电流密度0.2C，测试温度为25±3°C。图2-1锂硫电池恒电流充放电测试所使用的的蓝电电池测试系统
第二章样品制备和表征技术192.6.2锂硫电池循环伏安法测试(CV)作为电化学中重要测试手段，循环伏安法(CV)适用于装配的锂硫电池测试。电池的电化学反应程度在循环伏安法测试中主要通过分析循环伏安曲线得到，本文中主要利用循环伏安法对电池初始循环阶段的电极材料中电化学过程反应物的氧化还原电位等特征进行表征，同时完成不同电极材料反应过程中的极化程度比较。图2-2为本文使用的上海辰华公司的CHI660D型电化学工作站进行CV测试，设置电压扫描范围为1.6-2.9V，扫描速率为0.1mVS-1。2.6.3锂硫电池电化学阻抗测试(EIS)电池内部电阻是表征电池性能的重要一环，可以通过电化学阻抗分析对所制备的电极在电池中动力学过程进行探究。与循环伏安法测试仪器相同，本文在电化学工作站上(图2-2，上海辰华公司，CHI660D)对初始装配条件下的锂硫电池进行交流阻抗测试，设置测试频率为100kHz–10MHz，电压扫描范围为1.6~3V，振幅为±5mV，扫描速率为0.5mVS-1。图2-2锂硫电池循环伏安法(CV)与电化学阻抗测试(EIS)所用的电化学工作站2.7本章小结这一章节对样品制备过程中所需要的药品，实验仪器进行介绍，同时展示了样品制备后的各种表征手段以及装配成锂硫电池正极材料的过程。此外简单介绍了接下来样品所要进行的一系列电化学测试。
本文编号：3280758
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3280758.html
