掺杂介孔碳/硫正极材料的制备及锂硫电池性能的研究
发布时间：2025-03-20 01:02
锂硫电池因其高的比容量,大的能量密度等优点吸引了人们的关注,被认为是最具前景的二次电池的体系之一。尽管具有这些优点,发展锂硫电池仍然面临着一些挑战,硫及其生成的硫化锂自身低的导电性,穿梭效应导致的差的循环性能和倍率性能以及充放电过程中的体积变化。锂硫电池要想得到应用,这些问题亟待解决。为了解决上述问题,采用模板法制备不同孔径碳材料及元素掺杂的碳材料作为硫的载体。使用X射线衍射,X射线光电子能谱,场发射透射电子显微镜等对材料的形貌结构进行表征,及电化学工作站测试电池的电化学性能。本文中以SBA-15为模板,制备得到了相互交联的棒状结构的碳材料,这种结构的碳材料有利于电子和离子的运输,通过控制温度来获得不同孔径的碳材料,通过与尿素混合一步高温碳烧,获得既有表面氮掺杂又有适宜孔径的碳材料。以金属配合物为模板,通过高温煅烧获得了金属掺杂的片状结构的碳材料。研究结果表明：具有氮掺杂的介孔碳材料具有较大的比表面积,其表面积为664.5 m2/g,可以吸附更多的活性物质及多硫化物。通过XPS分析,可得介孔碳材料中形成了吡啶氮,吡咯氮,石墨化氮等以及形成了碳硫键,被修改后的碳框架具有部分正电荷可以吸附多...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 锂离子电池概述
1.3 锂硫电池的简介
1.4 硫电池的工作原理
1.5 锂硫电池的研究现状
1.5.1 锂硫电池面临的挑战
1.5.2 锂硫电池正极材料的发展
1.6 本课题的主要内容及研究意义
1.6.1 本课题的的主要内容
1.6.2 本课题的研究意义
第二章 实验方法
2.1 实验所用主要仪器
2.2 材料的表征
2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
2.2.2 扫描电镜分析(FESEM)
2.2.3 透射电镜分析
2.2.4 X射线光电子能谱分析
2.2.5 氮气吸脱附分析
2.2.6 元素分析
2.2.7 傅里叶红外光谱分析
2.3 电化学性能测试
2.3.1 电极材料的制备
2.3.2 电池的组装
2.3.3 充放电测试
2.3.4 循环性能测试
2.3.5 倍率测试
2.3.6 交流阻抗测试
第三章 介孔碳/硫材料的制备与电化学性能研究
3.1 引言
3.2 材料的合成
3.2.1 不同孔径介孔碳材料的合成
3.2.2 介孔碳/硫复合材料的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 XRD分析
3.3.2 材料的SEM分析
3.3.3 N2吸脱附曲线及孔径分布分析
3.4 电化学性能表征
3.4.1 充放电曲线及其循环性能
3.4.2 不同孔径碳/硫材料的倍率循环性能
3.5 本章小结
第四章 氮掺杂对介孔碳/硫材料性能的影响
4.1 引言
4.2 材料的合成
4.2.1 N掺杂介孔碳材料的制备(NCMK-3)
4.2.2 NCMK-3/S复合材料的合成
4.3 结果与讨论
4.3.1 NCMK-3/S材料的XRD分析
4.3.2 NCMK-3/S材料的SEM分析
4.3.3 NCMK-3/S的TEM分析
4.3.4 NCMK-3/S的元素分布及含量分析
4.3.5 X射线光电子能谱(XPS)分析
4.3.6 NCMK-3/S的吸脱附曲线分析
4.3.7 充放电曲线及循环性能
4.3.8 倍率性能
4.3.9 交流阻抗分析
4.4 本章小结
第五章 锂硫电池正极材料Ni3S2/C/S的制备及电化学性能
5.1 前言
5.2 材料的合成
5.2.1 配体1,4-双(咪唑基-1-甲基)苯(bix)的合成步骤
5.2.2 层状配合物Ni(bix)(IPA)(H2O)的制备
5.2.3 金属掺杂的碳材料的制备
5.2.4 碳/硫复合材料的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 XRD分析
5.3.2 红外光谱(FTIR)分析
5.3.3 场发射电子扫描显微镜
5.3.4 X射线光电子能谱分析
5.4 电化学性能
5.4.1 充放电性能
5.4.2 倍率性能
5.4.3 电化学交流阻抗分析
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
本文编号：4037132
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 锂离子电池概述
1.3 锂硫电池的简介
1.4 硫电池的工作原理
1.5 锂硫电池的研究现状
1.5.1 锂硫电池面临的挑战
1.5.2 锂硫电池正极材料的发展
1.6 本课题的主要内容及研究意义
1.6.1 本课题的的主要内容
1.6.2 本课题的研究意义
第二章 实验方法
2.1 实验所用主要仪器
2.2 材料的表征
2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
2.2.2 扫描电镜分析(FESEM)
2.2.3 透射电镜分析
2.2.4 X射线光电子能谱分析
2.2.5 氮气吸脱附分析
2.2.6 元素分析
2.2.7 傅里叶红外光谱分析
2.3 电化学性能测试
2.3.1 电极材料的制备
2.3.2 电池的组装
2.3.3 充放电测试
2.3.4 循环性能测试
2.3.5 倍率测试
2.3.6 交流阻抗测试
第三章 介孔碳/硫材料的制备与电化学性能研究
3.1 引言
3.2 材料的合成
3.2.1 不同孔径介孔碳材料的合成
3.2.2 介孔碳/硫复合材料的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 XRD分析
3.3.2 材料的SEM分析
3.3.3 N2吸脱附曲线及孔径分布分析
3.4 电化学性能表征
3.4.1 充放电曲线及其循环性能
3.4.2 不同孔径碳/硫材料的倍率循环性能
3.5 本章小结
第四章 氮掺杂对介孔碳/硫材料性能的影响
4.1 引言
4.2 材料的合成
4.2.1 N掺杂介孔碳材料的制备(NCMK-3)
4.2.2 NCMK-3/S复合材料的合成
4.3 结果与讨论
4.3.1 NCMK-3/S材料的XRD分析
4.3.2 NCMK-3/S材料的SEM分析
4.3.3 NCMK-3/S的TEM分析
4.3.4 NCMK-3/S的元素分布及含量分析
4.3.5 X射线光电子能谱(XPS)分析
4.3.6 NCMK-3/S的吸脱附曲线分析
4.3.7 充放电曲线及循环性能
4.3.8 倍率性能
4.3.9 交流阻抗分析
4.4 本章小结
第五章 锂硫电池正极材料Ni3S2/C/S的制备及电化学性能
5.1 前言
5.2 材料的合成
5.2.1 配体1,4-双(咪唑基-1-甲基)苯(bix)的合成步骤
5.2.2 层状配合物Ni(bix)(IPA)(H2O)的制备
5.2.3 金属掺杂的碳材料的制备
5.2.4 碳/硫复合材料的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 XRD分析
5.3.2 红外光谱(FTIR)分析
5.3.3 场发射电子扫描显微镜
5.3.4 X射线光电子能谱分析
5.4 电化学性能
5.4.1 充放电性能
5.4.2 倍率性能
5.4.3 电化学交流阻抗分析
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
本文编号：4037132
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