锂硫电池关键技术与应用基础研究

发布时间：2022-12-10 18:30

　　经济社会绿色可持续发展,极大催生了对高能量密度电化学储能体系的需求。锂硫电池理论能量密度达到2600Wh kg^-1,是锂离子电池的6-8倍,且硫的自然资源丰富,廉价无毒。因此,近年来,锂硫电池成为国内外研究的热点。目前,锂硫电池商业化应用面临的主要问题是其循环稳定性较差。其根本原因是:（1）单质硫的导电能力很差(25℃,电导率为5×10^-30S m^-1),电化学反应的利用率不高;（2）单质硫电化学反应的中间产物（Li₂S₈、Li₂S₆、Li₂S₄）易溶于电解液,一方面导致电极中活性硫的不可逆容量损失,破坏电极结构的一致性及稳定性,另一方面,溶于电解液的多硫化物在浓度梯度及电场力的作用下,在正负极间往复迁移并发生氧化还原反应,产生“穿梭效应”,导致锂硫电池充电效率不高,甚至不能完成充电过程;（3）活性硫的最终还原产物（不导电的固体Li₂S₂、Li

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池的概述
        1.2.1 单质硫和金属锂的性质及锂硫电池的优势
        1.2.2 锂硫电池的组成及充放电机理
        1.2.3 锂硫电池存在的问题及发展前景
    1.3 锂硫电池的研究进展
        1.3.1 复合硫正极材料的研究进展
        1.3.2 锂硫电池金属锂负极的研究进展
        1.3.3 锂硫电池电解液的研究进展
        1.3.4 锂硫电池粘结剂的研究进展
    1.4 选题的背景意义、主要内容及创新点
        1.4.1 选题的背景意义
        1.4.2 主要的研究内容
        1.4.3 主要的创新点
第二章 实验材料及研究方法
    2.1 实验材料
    2.2 实验设备
    2.3 材料的结构及形貌表征
        2.3.1 粉末X-射线衍射分析
        2.3.2 场发射扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 等温吸脱附测试
        2.3.5 热重分析(TG)
        2.3.6 拉曼光谱(Raman spectra)表征
        2.3.7 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)
        2.3.8 X-射线光电子能谱分析(XPS)分析
    2.4 电极制备、电池组装及电化学性能测试
        2.4.1 电极的制备
        2.4.2 电池的组装
        2.4.3 充放电性能测试
        2.4.4 循环伏安扫描测试
        2.4.5 交流阻抗谱测试
第三章 碳硫复合材料的制备及性能
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 碳材料的纯化及修饰
        3.2.2 真空溶液浸渍法制备碳硫复合材料
        3.2.3 热熔融法制备碳硫复合材料
        3.2.4 硫蒸气浸渍法制备碳硫复合材料
        3.2.5 复合硫正极片的制备及扣式锂硫电池的组装
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 不同碳基体材料的结构形貌表征
        3.3.2 碳硫复合材料结构形貌及电化学性能表征
        3.3.3 不同方法制备的碳硫复合材料的比较分析
    3.4 本章小结
第四章 碳纳米管硫复合材料修饰改性及性能
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 KOH刻蚀碳纳米管的过程及碳硫复合材料的制备
        4.2.2 聚吡咯原位包覆碳纳米管硫复合材料
        4.2.3 一步法实现碳纳米管硫复合材料的制备及碳包覆过程
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 KOH刻蚀的碳纳米管硫复合材料的表征及电化学性能
        4.3.2 聚吡咯包覆的碳纳米管硫复合材料的表征及电化学性能
        4.3.3 碳包覆的碳纳米管硫复合材料的表征及电化学性能
    4.4 本章小结
第五章 新型粘结剂海藻酸钠在锂硫电池中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验部分
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 海藻酸钠作为粘结剂的复合硫正极电化学性能
        5.3.2 以PVDF及SA为粘结剂的复合硫正极循环前后形貌表征
        5.3.3 海藻酸钠作为粘结剂的粘附机理分析
    5.4 本章小结
第六章 电解液成分优化及其在锂硫电池中的应用
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 电解液的溶剂、锂盐及添加剂
        6.2.2 电解液的配制
        6.2.3 多硫化物添加剂的制备
        6.2.4 电解液性能的表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 电解液中溶剂的体积比对其电导率的影响
        6.3.2 电解液的用量对锂硫电池充放电曲线形状的影响
        6.3.3 多硫化物添加剂对锂硫电池循环性能的影响
    6.4 本章小结
第七章 软包锂硫电池关键技术参数及组装工艺研究
    7.1 引言
    7.2 软包锂硫电池的关键技术参数及组装的工艺过程
        7.2.1 不同方法规模化制备的AC/S复合材料中硫含量分析
        7.2.2 浆料中硫含量及成型极片中硫的面密度对锂硫电池性能的影响
        7.2.3 优化硫复合材料的涂覆工艺参数
        7.2.4 优化中试工艺过程将导电插层成功应用于软包锂硫电池
        7.2.5 优化软包锂硫电池中电解液的用量
    7.3 软包锂硫电池的电化学性能测试
    7.4 本章小结
第八章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]A polypyrrole-coated acetylene black/sulfur composite cathode material for lithium–sulfur batteries[J]. Wu Yang,Wang Yang,Jiani Feng,Xiujuan Qin.  Journal of Energy Chemistry. 2018(03)
[2]锂离子电池电极材料SEI膜的研究概况[J]. 王坤,赵洪,刘大凡,安峰,张玥,张晓行.  无机盐工业. 2013(10)
[3]锂/硫电池的研究现状、问题及挑战[J]. 胡菁菁,李国然,高学平.  无机材料学报. 2013(11)
[4]全固态锂电池技术的研究现状与展望[J]. 许晓雄,邱志军,官亦标,黄祯,金翼.  储能科学与技术. 2013(04)
[5]Li-S电池硫正极性能衰减机理分析及研究现状概述[J]. 刁岩,谢凯,洪晓斌,熊仕昭.  化学学报. 2013(04)
[6]LiFePO4正极材料及其改性研究进展[J]. 顾远,张向军,卢世刚,赵挺,江丹平.  电源技术. 2013(01)
[7]高能量密度锂二次电池电极材料研究进展[J]. 辛森,郭玉国,万立骏.  中国科学:化学. 2011(08)
[8]电动汽车电池的现状及发展趋势[J]. 宋永华,阳岳希,胡泽春.  电网技术. 2011(04)
[9]高比能锂硫电池关键材料的研究[J]. 王维坤,余仲宝,苑克国,王安邦,杨裕生.  化学进展. 2011(Z1)
[10]锂离子电池正极材料的结构设计与改性[J]. 王兆翔,陈立泉,黄学杰.  化学进展. 2011(Z1)



本文编号：3717297