高稳定性硫正极材料的设计合成及其电化学性能研究

发布时间：2023-02-15 09:40

　　锂硫电池作为下一代高能量密度储能体系,具有能量密度高(2600 Whkg-1)、成本低、环境友好等优点,在电动汽车、无人飞行器、卫星和其他能源储存领域显示了广阔的应用前景。但活性物质硫及其充放电产物多硫化锂相对较低的导电性和锂离子传导效率,影响了锂硫电池的倍率性能;硫在充放电过程中的体积膨胀及产生的中间产物多硫化锂容易溶解在电解液中,导致循环稳定性下降;单位面积硫负载量较高时,硫的利用降低,导致面积比容量偏低等。硫正极存在的上述问题导致锂硫电池难以满足实际应用需求,阻碍了其商业化进程。因而通过优化设计硫正极材料,构筑具有高能量密度、高循环稳定性的硫正极材料,可以有效解决锂硫电池存在的问题,提高锂硫电池的性能。本文从锂硫电池正极材料的设计、合成方面开展相关工作,提出了采用电解法制备炭/硫复合正极材料的新策略,测试并分析了相关炭/硫复合材料的电化学性能。通过一步法制备了具有高导电性并对多硫化锂具有化学吸附作用的氮化硼/碳纳米管复合材料,将其用作活性物质硫的载体,制备了具有良好循环性能和倍率性能的硫正极材料。设计合成了氮、氧共掺杂的三维自支撑多孔炭材料,并通过电解法负载硫,获得了具有高单位面...

【文章页数】：129 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
论文中所涉及到的缩写说明
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池简介
        1.2.1 锂硫电池的工作原理
        1.2.2 锂硫电池存在的问题及主要解决办法
    1.3 锂硫电池正极的研究现状
        1.3.1 锂硫电池正极材料的制备方法
        1.3.2 物理限域固硫类材料在硫正极中的应用
        1.3.3 化学吸附固硫类材料在硫正极中的应用
    1.4 本文的选题依据与研究思路
2 实验总述
    2.1 实验试剂与原料
    2.2 实验仪器与设备
    2.3 材料的表征与分析
    2.4 材料的电化学性能测试
        2.4.1 电池的制作
        2.4.2 电化学性能测试方法
        2.4.3 电池参数的定义及计算方法
3 高活性炭/硫复合材料的制备及其电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 整体式多孔炭的合成
        3.2.2 电解法制备炭/硫复合正极材料
        3.2.3 熔融浸渍法制备炭/硫复合正极材料
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 整体式多孔炭的表征
        3.3.2 炭/硫复合物的表征
        3.3.3 炭/硫复合物的电化学性能研究
    3.4 本章小结
4 氮化硼/碳纳米管的制备及其在锂硫电池中的应用研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 氧掺杂的氮化硼/碳纳米管复合材料的合成
        4.2.2 氧掺杂氮化硼材料的合成
        4.2.3 氧掺杂碳纳米管材料的合成
        4.2.4 碳纳米管、氧掺杂的氮化硼混合物的制备
        4.2.5 硫正极材料的制备
        4.2.6 载体材料吸附Li2S6的定量测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 氮化硼/碳纳米管复合材料的表征
        4.3.2 氮化硼/碳纳米管复合材料中碳纳米管的生长机理推测
        4.3.3 氮化硼/碳纳米管复合材料吸附多硫化锂的分析
        4.3.4 氮化硼/碳纳米管-硫复合材料的表征
        4.3.5 氮化硼/碳纳米管-硫复合材料的电化学性能
    4.4 本章小结
5 碳纳米管/空心炭纤维/硫电极的构筑及电化学性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 二氧化锰纳米线的合成
        5.2.2 碳纳米管/空心炭纤维-硫自支撑电极的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 碳纳米管/空心炭纤维复合膜的表征
        5.3.2 碳纳米管/空心炭纤维-硫自支撑电极的表征
        5.3.3 自支撑电极的电化学性能
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
作者简介
致谢



本文编号：3743272