用壳聚糖改善锂—硫电池电化学性能

发布时间：2017-10-13 18:16

  本文关键词：用壳聚糖改善锂—硫电池电化学性能

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【摘要】：锂-硫电池因其高能量密度和高比容量而成为了下一代二次电池的研究热点。但其存在着循环性能差和活性物质硫利用率不高等缺陷,限制了其商业化进程。多硫化锂易溶于电解液是造成以上缺点的主要原因。本文借助壳聚糖分子链上含有的羟基和氨基等官能团,改善了锂-硫电池的电化学性能。首先将壳聚糖作为硫正极添加剂,考察了其用量对正极结构和电化学性能的影响,揭示了其影响规律。证明了壳聚糖在正极中的加入不但提高了电池的放电比容量,而且改善了其循环性能：在0.1C时,锂-硫电池的初始放电比容量可以达到1145mAh/g；在0.5C和1C下,100次循环之后,可逆比容量分别可以达到在680mAh/g和647mAh/g,远高于普通正极性能。壳聚糖能够有效地抑制长链多硫化物向电解液的溶解,提高了电池的活性物质硫的使用率。其次,为了进一步发挥壳聚糖的吸附作用,将其作为吸附添加剂,设计制备了隔膜隔膜涂层,且实现了涂层超薄化(1.5μm)。通过电化学性能测试和隔膜的结构表征证明,这种改性隔膜能够有效抑制“穿梭效应”,提高电池循环稳定性。在0.2C、0.5C和1C条件下,初始放电比容量分别可以达到1158mAh/g、837mAh/g和834mAh/g；在0.5C下,100次循环后,可逆比容量仍然保持830mAh/g；1C条件下200次循环后,放电比容量仍然保持有675mAh/g。最后,通过交流阻抗法研究了锂-硫电池的放电过程,证明了应用壳聚糖作为隔膜添加剂能够有效减小电解液阻抗、固态电解液界面膜阻抗和电荷转移阻抗(Rs、Rf和Rct),这对提高锂-硫电池电化学性能有益。
【关键词】：锂-硫电池 壳聚糖 隔膜 穿梭效应 添加剂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 锂-硫电池简介12-14
• 1.1.1 锂-硫电池的放电机制12-13
• 1.1.2 锂-硫电池面临的挑战13-14
• 1.2 锂-硫电池研究进展14-22
• 1.2.1 正极材料研究进展14-18
• 1.2.2 隔膜材料研究进展18-21
• 1.2.3 粘合剂研究进展21-22
• 1.3 立题依据和研究内容22-24
• 第二章 实验部分24-28
• 2.1 实验原料及实验仪器24-25
• 2.1.1 实验原料24
• 2.1.2 实验仪器24-25
• 2.2 硫正极和改性隔膜的制备25-26
• 2.2.1 硫正极的制备25
• 2.2.3 改性隔膜的制备25-26
• 2.3 电池组装26
• 2.4 表征方法26-28
• 2.4.1 电池充放电测试26
• 2.4.2 循环伏安测试26
• 2.4.3 交流阻抗测试26
• 2.4.4 扫描电子显微镜26-27
• 2.4.5 紫外可见分光光度法27-28
• 第三章 结果与讨论28-56
• 3.1 壳聚糖作为锂-硫电池功能添加剂可行性分析28-32
• 3.1.1 明胶为粘合剂硫正极28-29
• 3.1.2 壳聚糖对多硫化锂的吸附性能分析29-32
• 3.1.3 小结32
• 3.2 壳聚糖作为硫正极添加剂32-39
• 3.2.1 壳聚糖对硫正极形貌的影响33-35
• 3.2.2 壳聚糖对硫正极性能的影响35-39
• 3.2.3 小结39
• 3.3 壳聚糖改性隔膜的设计制备39-56
• 3.3.1 改性隔膜对放电过程的影响40-41
• 3.3.2 改性隔膜形貌表征41-44
• 3.3.3 改性隔膜对锂-硫电池性能的影响44-49
• 3.3.4 放电过程研究49-55
• 3.3.5 小结55-56
• 第四章 结论56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 研究成果及发表的学术论文62-63
• 作者和导师简介63-64
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书64-65

【共引文献】

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本文编号：1026362