氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2022-12-18 14:53
锂硫电池理论比容量高（1675 mAh·g-1）,原料硫来源丰富、价格价廉且对环境友好,因此被认为是一种前途无量的高性能可充电锂电池。然而由于单质硫和放电产物Li2S的电子和离子绝缘性,使硫正极材料的活性物质利用率低,倍率性能差。而且循环过程中的中间产物多硫化锂的溶解可导致容量的快速衰减和严重的自放电。另外循环时硫体积的巨大变化易引起电极粉化。这些问题严重阻碍了锂硫电池的实际应用。因此为了针对上述问题,本文将氧化石墨烯（GO）、三维石墨烯（3DG）和氮掺杂石墨烯（NG）引入到锂硫电池正极材料中。（1）通过带负电的氧化石墨烯和带有阳离子表面活性剂的硫颗粒之间的静电自组装,得到氧化石墨烯/硫复合材料（S@GO）。由于小尺寸（1-2μm）的球形硫颗粒被氧化石墨烯纳米片良好地包覆住,S@GO-1复合材料在0.1 C下表现出了较高的首次放电比容量（1061.6 mAh·g-1）,50次循环后有56.7%的容量保持率,展现了较好的循环稳定性。此外,循环时有高达约98%的库伦效率。（2）通过简单的一步水热法,得到三维石墨烯/硫复合材料（3DG-S）。此法同时完成氧化石墨烯的还原以及其与纳米硫颗粒（约...
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
学位论文数据集
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂硫电池概述
1.2.1 锂硫电池的组成与工作原理
1.2.2 锂硫电池面临的挑战
1.3 锂硫电池正极材料研究进展
1.3.1 金属氧化物/硫复合材料
1.3.2 聚合物/硫复合材料
1.3.3 碳/硫复合材料
1.3.3.1 多孔碳/硫复合材料
1.3.3.2 石墨烯/硫复合材料
1.3.3.3 碳纳米管/硫复合材料
1.4 锂负极的研究进展
1.5 电解液的研究进展
1.6 本课题的选题意义与研究内容
1.6.1 选题意义
1.6.2 研究内容
第二章 实验用品、设备及方法
2.1 实验用品及设备
2.1.1 实验用品
2.1.2 实验设备
2.2 材料制备方法
2.2.1 氧化石墨烯的制备
2.2.2 氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备
2.2.3 三维石墨烯/硫复合材料的制备
2.2.4 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的制备
2.3 材料表征方法
2.3.1 X射线衍射(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
2.3.4 热重分析(TGA)
2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.6 元素分析
2.3.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.4 电池极片制备与电池组装
2.5 电化学性能测试方法
2.5.1 充放电测试
2.5.2 循环伏安(CV)测试
2.5.3 交流阻抗谱(EIS)测试
第三章 氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
3.1 引言
3.2 氧化石墨烯/硫复合材料的制备
3.2.1 氧化石墨烯的制备
3.2.2 氧化石墨烯/硫复合材料的制备
3.3 氧化石墨烯的微观结构分析
3.4 氧化石墨烯/硫复合材料的元素组成、微观结构和微观形貌分析
3.4.1 元素分析
3.4.2 XRD分析
3.4.3 微观形貌分析
3.5 氧化石墨烯/硫复合材料的电化学性能研究
3.5.1 充放电测试
3.5.2 循环伏安测试
3.5.3 交流阻抗测试
3.6 本章小结
第四章 氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
4.1 引言
4.2 三维石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
4.2.1 三维石墨烯/硫复合材料的制备
4.2.2 三维石墨烯/硫复合材料的热重、微观结构、微观形貌和化学状态分析
4.2.2.1 热重曲线分析
4.2.2.2 XRD分析
4.2.2.3 微观形貌分析
4.2.2.4 X射线光电子能谱
4.2.3 三维石墨烯/硫复合材料的电化学性能研究
4.2.3.1 充放电测试
4.2.3.2 循环伏安测试
4.2.3.3 交流阻抗测试
4.3 氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
4.3.1 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的制备
4.3.2 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的热重、微观结构、微观形貌和化学状态分析
4.3.2.1 热重曲线分析
4.3.2.2 XRD分析
4.3.2.3 微观形貌分析
4.3.2.4 X射线光电子能谱
4.3.4 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的电化学性能研究
4.3.4.1 充放电测试
4.3.4.2 循环伏安测试
4.3.4.3 交流阻抗测试
4.4 三维石墨烯/硫复合材料与氮掺杂石墨烯/硫复合材料的电化学性能比较
4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件
本文编号：3722250
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【学位级别】：硕士
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学位论文数据集
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂硫电池概述
1.2.1 锂硫电池的组成与工作原理
1.2.2 锂硫电池面临的挑战
1.3 锂硫电池正极材料研究进展
1.3.1 金属氧化物/硫复合材料
1.3.2 聚合物/硫复合材料
1.3.3 碳/硫复合材料
1.3.3.1 多孔碳/硫复合材料
1.3.3.2 石墨烯/硫复合材料
1.3.3.3 碳纳米管/硫复合材料
1.4 锂负极的研究进展
1.5 电解液的研究进展
1.6 本课题的选题意义与研究内容
1.6.1 选题意义
1.6.2 研究内容
第二章 实验用品、设备及方法
2.1 实验用品及设备
2.1.1 实验用品
2.1.2 实验设备
2.2 材料制备方法
2.2.1 氧化石墨烯的制备
2.2.2 氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备
2.2.3 三维石墨烯/硫复合材料的制备
2.2.4 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的制备
2.3 材料表征方法
2.3.1 X射线衍射(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
2.3.4 热重分析(TGA)
2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.6 元素分析
2.3.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.4 电池极片制备与电池组装
2.5 电化学性能测试方法
2.5.1 充放电测试
2.5.2 循环伏安(CV)测试
2.5.3 交流阻抗谱(EIS)测试
第三章 氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
3.1 引言
3.2 氧化石墨烯/硫复合材料的制备
3.2.1 氧化石墨烯的制备
3.2.2 氧化石墨烯/硫复合材料的制备
3.3 氧化石墨烯的微观结构分析
3.4 氧化石墨烯/硫复合材料的元素组成、微观结构和微观形貌分析
3.4.1 元素分析
3.4.2 XRD分析
3.4.3 微观形貌分析
3.5 氧化石墨烯/硫复合材料的电化学性能研究
3.5.1 充放电测试
3.5.2 循环伏安测试
3.5.3 交流阻抗测试
3.6 本章小结
第四章 氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
4.1 引言
4.2 三维石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
4.2.1 三维石墨烯/硫复合材料的制备
4.2.2 三维石墨烯/硫复合材料的热重、微观结构、微观形貌和化学状态分析
4.2.2.1 热重曲线分析
4.2.2.2 XRD分析
4.2.2.3 微观形貌分析
4.2.2.4 X射线光电子能谱
4.2.3 三维石墨烯/硫复合材料的电化学性能研究
4.2.3.1 充放电测试
4.2.3.2 循环伏安测试
4.2.3.3 交流阻抗测试
4.3 氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
4.3.1 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的制备
4.3.2 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的热重、微观结构、微观形貌和化学状态分析
4.3.2.1 热重曲线分析
4.3.2.2 XRD分析
4.3.2.3 微观形貌分析
4.3.2.4 X射线光电子能谱
4.3.4 氮掺杂石墨烯/硫复合材料的电化学性能研究
4.3.4.1 充放电测试
4.3.4.2 循环伏安测试
4.3.4.3 交流阻抗测试
4.4 三维石墨烯/硫复合材料与氮掺杂石墨烯/硫复合材料的电化学性能比较
4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
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