沸石基锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-08-06 05:00

  本文关键词：沸石基锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究

  更多相关文章： 锂硫电池 沸石/S复合材料 13X沸石分子筛 电化学性能

【摘要】：锂硫电池被认为是最有发展前景的二次电池体系,相比于传统的二次电池,锂硫电池在理论比容量和理论能量密度上有明显优势,分别达到1675 mAh/g,2600 Wh/kg,这使得锂硫电池成为目前人们研究的热点。目前锂硫电池主要面临以下几个问题:首先是电池反应过程中多硫化物的溶解和迁移,其次是硫正极反应前后的巨大体积形变。现有的研究中,人们常采用具有强吸附能力和发达孔隙的碳材料来缓解上述问题。沸石是一种具有强吸附能力的天然矿物,常被用作化工生产中硫化物的吸附剂,对硫(S)有着很好的亲和性,同时沸石本身的强吸附能力和发达孔隙能有效减少多硫化物的溶解和迁移。本论文中,主要制备了天然沸石/S、改性沸石/S和13X沸石分子筛/S复合材料,并采用X射线衍射、扫描电镜和比表面分析仪对复合材料进行结构形貌表征分析,通过充放电性能测试、循环伏安特性和交流阻抗对复合材料进行电化学性能分析。本论文首先验证了天然沸石作为单质硫载体的可行性,通过预处理对沸石进行除杂。然后通过加热熔融法制备了含硫40%的天然沸石/S复合材料,以0.2 C大小的电流密度对复合材料进行充放电性能测试,首次放电比容量为950.6mAh/g,100次循环后对应的放电比容量为583.6 mAh/g,容量保持率为61.3%。由于天然沸石的比表面积较小,本论文通过酸洗、盐洗改性沸石,扩宽其孔隙大小、提高吸附能力。加热熔融法制备含硫40%、50%和60%的天然沸石/S、酸洗改性沸石/S、盐洗改性沸石/S复合材料,三种材料均在40%注硫量下表现出最佳的电化学性能,初始容量分别为950.6、1068.1、1116.7 mAh/g,其中盐洗改性沸石/S复合材料表现出最好的电化学性能。表明盐洗改性后的复合材料表现出更好的电化学性能,且该方法简单易行,制备周期短。最后采用比表面积更大,孔隙结构更加发达的13X沸石分子筛作为正极硫的载体,它的比表面积是223.05 m2/g。通过热熔融法注硫制备了含硫40%的13X沸石分子筛/S复合材料,在0.2 C的电流密度下,13X沸石分子筛/S复合正极材料初始放电比容量高于之前的改性材料,能够达到1284.3 mAh/g,200次循环后也能维持在较高的水平,保持在850.9 mAh/g,容量保持率达到66%。这说明13X沸石分子筛/S复合材料具有较好的循环性能。
【关键词】：锂硫电池 沸石/S复合材料 13X沸石分子筛 电化学性能
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 锂硫电池概述9-14
• 1.1.1 锂硫电池的结构和工作原理10-12
• 1.1.2 锂硫电池存在的主要问题及相关解决方法12-14
• 1.2 锂硫电池正极材料研究现状14-17
• 1.2.1 碳-硫复合材料15-16
• 1.2.2 导电聚合物-硫复合材料16-17
• 1.2.3 金属氧化物-硫复合材料17
• 1.3 锂硫电池负极材料研究现状17-18
• 1.4 锂硫电池电解液研究现状18
• 1.5 沸石简介18-20
• 1.5.1 沸石的结构特性19
• 1.5.2 沸石的主要用途19-20
• 1.6 本论文的研究意义和研究内容20-22
• 第2章 实验方法22-27
• 2.1 实验材料和仪器设备22-23
• 2.1.1 实验材料22-23
• 2.1.2 实验仪器设备23
• 2.2 样品形貌和结构表征方法23-24
• 2.2.1 X射线衍射(XRD)23
• 2.2.2 扫描电镜分析(SEM)23-24
• 2.2.3 比表面积测试(BET)24
• 2.3 锂硫电池的组装过程及其电化学性能测试方法24-27
• 2.3.1 极片制备和扣式电池组装过程24-25
• 2.3.2 恒电流充放电循环测试25-26
• 2.3.3 交流阻抗测试(EIS)26
• 2.3.4 循环伏安测试(CV)26-27
• 第3章 Zeolite/S复合材料的制备及电化学性能研究27-33
• 3.1 引言27
• 3.2 Zeolite的预处理及Zeolite/S复合材料的制备27-28
• 3.2.1 Zeolite的前处理工艺流程27
• 3.2.2 Zeolite/S复合材料的制备27-28
• 3.3 形貌和结构表征28-30
• 3.4 电化学性能研究30-32
• 3.5 小结32-33
• 第4章 酸洗、盐洗改性Zeolite/S复合材料的制备及其电化学性能研究33-45
• 4.1 引言33
• 4.2 改性Zeolite/S复合材料的制备33-34
• 4.2.1 酸洗改性33
• 4.2.2 盐洗改性33-34
• 4.2.3 改性实验方案设计34
• 4.3 盐洗、酸洗改性后材料的形貌和结构表征34-36
• 4.4 不同注硫量的循环性能比较36-39
• 4.5 天然沸石、盐洗改性沸石注硫前后的形貌和结构表征39-41
• 4.6 天然沸石/S、盐洗沸石/S复合材料的电化学性能比较41-43
• 4.7 小结43-45
• 第5章 13X沸石分子筛/硫复合材料的制备及电化学性能研究45-52
• 5.1 引言45
• 5.2 13X沸石分子筛/硫复合材料的制备45-46
• 5.3 形貌和结构表征46-48
• 5.4 电化学性能研究48-51
• 5.5 小结51-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 论文总结52-53
• 6.2 工作展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-61
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果61

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 戴萃辰;脂肪族化合物的物理化学性能的结构基础[J];自然杂志;1979年07期

2 何林生;;钛白废酸提钪及钪的应用[J];杭州化工;1991年02期

3 张勇;霍庆媛;王力臻;张爱勤;宋延华;;LiFePO_4/MWNTs/BC复合材料的制备及电化学性能[J];热加工工艺;2012年24期

4 杜霞;薛卫东;刘帆;李昱树;;n型硅/碳复合材料的制备及电化学性能研究[J];电子元件与材料;2013年01期

5 ;钛及钛钼合金电化学性能的研究[J];上海有色金属;1978年03期

6 龚茜，谭攸庚;钌钛锡氧化物阳极表面形态及电化学性能研究[J];氯碱工业;1995年05期

7 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性能[J];材料导报;2009年22期

8 Degussa;徐翔飞;;“白炭黑”的制备工艺及其物理—化学性能[J];橡胶译丛;1981年03期

9 刘春莲;;《材料化学性能》课的教学实践[J];太原理工大学学报(社会科学版);2002年S1期

10 章宗穰;许传经;潘幼良;;旋转环—盘电极的研制和电化学性能研究[J];上海师范学院学报(自然科学版);1984年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郄富昌;彭庆文;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_2ZnTi_3O_8/C纳米颗粒的制备及其电化学性能[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;应桃开;;纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

3 刘志超;党海军;陈广宇;张自禄;;氟化石墨的制备与电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

4 张森;李志勇;;氟化处理对储氢合金电化学性能的影响研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益刚;周益明;邵阳;戴跃华;俞燕青;王青;唐亚文;陆天虹;沈涛;;氢氧化镍的低热固相合成及其电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦华;;炭包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年

7 侯磊;吴茂;何新波;曲选辉;;碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

8 邹红丽;招睿雄;沈培康;;钨掺杂LiFePO_4的合成和电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黄令;孙世刚;;电镀锡作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;边静;;镁铝储氢电极合金的制备及电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 卢桂霞;过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年

3 刘芳延;基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D];东北林业大学;2015年

4 江小剑;基于脱合金法的锰基微纳结构的构筑及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

5 王聪;锂离子电池电极材料Li_3V_2(PO_4)_3的制备及其电化学性能改性研究[D];北京化工大学;2015年

6 莫润伟;高性能锂离子电池正极材料LiV_3O_8的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

7 历彪;钛的含氟氧化物及其锂化产物纳米粒子的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2015年

8 刘清朝;锂空气电池电极材料的制备和电化学性能研究[D];吉林大学;2015年

9 石丽丽;新型锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究[D];北京理工大学;2016年

10 刘兵;锡/钼基锂离子电池负极材料的微结构调控及储锂性能研究[D];北京理工大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 栗志同;钒基材料的合成、表征及其电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫复合材料的制备及其Li-S电池电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年

3 燕平;氢驱动化学反应法制备Li_xal_ySi_z锂离子电池负极材料及其电化学性能[D];浙江大学;2015年

4 杜志玲;掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D];燕山大学;2015年

5 宋巧兰;新型离子液体的制备及其电化学性能研究[D];陕西科技大学;2015年

6 黄文静;新型导电聚合物-石墨烯电极材料的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年

7 康怡然;纳米二氧化锰/碳材料复合电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];郑州大学;2015年

8 张亦弛;低维氧化钼纳米材料微观结构及其电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年

9 李涛;Fe-Mn-Ti-C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

10 申亚举;水系锂离子电池负极材料LiTi_2(P0_4)_3的制备及性能研究[D];沈阳理工大学;2015年

，

本文编号：628404