金属纳粒碳球复合的壳核硫电极材料的制备与性能研究

发布时间：2017-07-14 07:15

  本文关键词：金属纳粒碳球复合的壳核硫电极材料的制备与性能研究

  更多相关文章： 锂硫电池 硫负载 纳米铜颗粒 空心碳球 纳米二硫化锡 聚硫化合物

【摘要】：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,通过两步法制备了二硫化锡锚固的硫空心碳球复合材料(S/AHCNS-SnS2)以及纳米铜颗粒锚固的硫空心碳球复合材料(S/AHCNS-Cu)。首先将二硫化锡纳米颗粒或者铜纳米颗粒负载到活化空心多孔碳表面,其次通过浸渍法将硫负载到上述材料表面。采用扫描电镜,场发射透射电镜,BET方法,X射线衍射方法以及X光电子能谱对复合材料的分别进行表面形貌和结构予以表征。含有10、wt.%纳米二硫化锡的样本材料表现出了高的首次放的比容量,表现为0.2 C电流密度之下,容量值达到1237.5 mAhg-1。,在循环200圈之后,其容量保持为924 mAhg-1。纳米铜颗粒样本材料表现出了高的首次放的比容量,表现为0.2C电流密度之下,容量值达到1164.7 mAh g-1,在循环200圈之后,其容量保持为841 mAh g-1。二硫化锡以及铜纳米颗粒,在吸附聚硫离子方面表现出了良好的作用。这种策略,即采用少量锚定在活化空心多孔碳球的纳米金属颗粒或者金属硫化物纳米粒子对硫的稳定化策略,在提升硫负载,库伦效率以及锂硫电池的循环稳定性方面,提供了一个适当的途径。
【关键词】：锂硫电池 硫负载 纳米铜颗粒 空心碳球 纳米二硫化锡 聚硫化合物
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 引言15-16
• 1.2 锂硫电池概述16-17
• 1.2.1 锂硫电池结构及其工作原理16-17
• 1.2.2 锂硫电池存在的主要问题17
• 1.3 锂硫电池正极材料17-25
• 1.3.1 碳硫复合正极材料17-21
• 1.3.2 硫与导电聚合物复合正极材料21-22
• 1.3.3 有机硫化物正极材料22-23
• 1.3.4 金属硫化物正极材料23-24
• 1.3.5 硫/纳米金属氧化物正极材料24-25
• 1.4 本课题的主要内容及研究意义25-27
• 1.4.1 本课题的的主要内容25-26
• 1.4.2 本课题的研究意义26-27
• 第二章 实验部分27-34
• 2.1 主要试剂及仪器27-28
• 2.2 锂硫电池电极复合材料的制备28-29
• 2.2.1 模板法控制合成活化空心多孔碳(AHCNS)28-29
• 2.2.2 AHCNS-SnS_2的合成29
• 2.2.3 S/ANCNS-SnS_2的制备29
• 2.3 材料样品表征方法29-31
• 2.3.1 X射线衍射测试29-30
• 2.3.2 扫描电子显微镜测试30
• 2.3.3 透射电子显微镜测试30
• 2.3.4 比表面积和孔径分布测试30-31
• 2.3.5 热失重(TG)分析31
• 2.4 电池电化学性能测试31-34
• 2.4.1 电池组装31-32
• 2.4.2 恒电流充放电测试32
• 2.4.3 循环伏安法测试32-33
• 2.4.4 交流阻抗33-34
• 第三章 纳米二硫化锡负载碳球/硫材料合成及性能研究34-46
• 3.1 纳米二硫化锡负载活化空心碳球/硫材料合成34
• 3.2 材料的结构表征分析34-41
• 3.2.1 SEM和TEM表征34-37
• 3.2.2 XRD表征37-38
• 3.2.3 BET表征38-39
• 3.2.4 X射线光电子能谱光谱表征39-41
• 3.3 电化学性能表征结果分析41-44
• 3.3.1 充放电性能41-42
• 3.3.2 循环伏安性能、循环性能测试和倍率性能42-43
• 3.3.3 交流阻抗测试43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 纳米铜颗粒负载碳球/硫材料合成及性能研究46-55
• 4.1 纳米铜颗粒负载碳球/硫材料合成46
• 4.2 材料的结构表征分析46-51
• 4.2.1 SEM和TEM表征46-48
• 4.2.2 XRD表征48-49
• 4.2.3 BET表征49-50
• 4.2.4 X射线光电子能谱光谱表征50-51
• 4.3 热重分析51
• 4.4 电化学性能表征结果分析51-54
• 4.4.1 充放电性能51-52
• 4.4.2 循环性能测试52-53
• 4.4.3 倍率性能53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 结论和展望55-58
• 5.1 结论55-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-64
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况64

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本文编号：540140