石墨烯/硫纳米复合正极材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2021-05-08 03:46

　　锂硫电池具有高容量、低成本及环境友好等优点,成为了极具前景的未来新一代高容量锂电池。但是,硫及锂硫电池内部电化学反应终产物Li2S2、Li2S具有电子和离子绝缘性,加上锂硫电池内部电化学反应中间产物聚硫锂在电解液中溶解度高,易发生迁移,形成穿梭效应,使得锂硫电池的整体性能下降。对此,本文引入氧化石墨烯、石墨烯及介孔炭等高导电碳材料作为硫的载体。氧化石墨烯、石墨烯及介孔炭都具有较高的比表面积,同时氧化石墨烯的含氧官能团及介孔炭的孔洞都对聚硫锂有着较强的吸附性,可以在很大程度上改善锂硫电池的性能。本文运用一步反应法使得氧化石墨烯和石墨烯与硫复合,合成了氧化石墨烯硫纳米复合材料和石墨烯/硫纳米复合材料。氧化石墨烯/硫纳米复合材料经热处理后导电率更高,在0.2C放电时,首次放电比容量高达1423 mAh·g-1,50次循环后,放电比容量可达646mAh·g-1。石墨烯/硫纳米复合材料经热处理后在209 mA·g-1放电时,GNs-S2纳米复合材料正极的首次放电比容量为1550 mAh·g-1,达到了理论容量（1675 mAh·g-1）的92.5%,经过30次循环后,比容量为1033mAh·g-... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：120 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子二次电池
        1.2.1 锂电池负极材料
        1.2.2 锂电池正极材料
    1.3 锂硫二次电池
        1.3.1 硫正极的工作原理
        1.3.2 穿梭效应
        1.3.3 锂硫二次电池的容量衰减机理
    1.4 单质硫/碳复合物正极材料
        1.4.1 单质硫/多孔活性碳复合正极材料
        1.4.2 单质硫/一维碳复合正极材料
        1.4.3 单质硫/石墨烯等二维碳复合正极材料
    1.5 单质硫/碳复合正极材料的制备方法
    1.6 锂硫电池电解液
    1.7 LiNO_3添加剂对锂硫电池的影响
    1.8 本课题选题的意义及研究内容
        1.8.1 选题意义
        1.8.2 研究内容
第二章 实验与测试分析方法
    2.1 本实验研究方案
    2.2 实验试剂及仪器
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 电极制备所用原料
        2.2.3 组装锂硫电池所用原料
        2.2.4 实验设备
    2.3 材料的合成
        2.3.1 氧化石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        2.3.2 石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        2.3.3 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        2.3.4 石墨烯包覆球形介孔炭/硫纳米复合材料的制备
    2.4 锂硫电池正极片的制备及组装
    2.5 材料的测试与表征
        2.5.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.5.2 扫描电镜分析(SEM)
        2.5.3 透射电镜分析(TEM,HTEM)
        2.5.4 热重(TG)分析
        2.5.5 傅里叶红外测试
        2.5.6 充放电测试
        2.5.7 循环伏安(CV)分析
        2.5.8 交流阻抗(EIS)分析
第三章 氧化石墨烯/硫纳米复合材料的性能研究
    3.1 前言
    3.2 氧化石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        3.2.1 氧化石墨烯的制备
        3.2.2 氧化石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        3.2.3 氧化石墨烯/硫纳米复合材料正极片的制备及电池组装测试
    3.3 材料结构表征及及其电化学性能研究
        3.3.1 氧化石墨烯/硫纳米复合材料形貌及结构表征
        3.3.2 氧化石墨烯/硫纳米复合材料的热重分析
        3.3.3 氧化石墨烯/硫纳米复合材料的性能研究
        3.3.4 交流阻抗测试
    3.4 本章小结
第四章 石墨烯/硫纳米复合材料的性能研究
    4.1 前言
    4.2 石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        4.2.1 石墨烯的制备
        4.2.2 石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        4.2.3 石墨烯/硫纳米复合材料正极片的制备及电池组装测试
    4.3 材料结构表征及及其电化学性能研究
        4.3.1 石墨烯/硫纳米复合材料形貌及结构表征
        4.3.2 石墨烯/硫纳米复合材料的热重分析
        4.3.3 石墨烯/硫纳米复合材料的性能研究
        4.3.4 交流阻抗测试
    4.4 本章小结
第五章 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的性能研究
    5.1 前言
    5.2 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        5.2.1 氧化石墨烯的制备
        5.2.2 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的制备
        5.2.3 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料正极片的制备及电池组装测试
    5.3 材料结构表征及及其电化学性能研究
        5.3.1 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的形貌及结构表征
        5.3.2 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的热重分析
        5.3.3 自组装还原氧化石墨烯/硫纳米复合材料的性能研究
        5.3.4 交流阻抗测试
    5.4 本章小结
第六章 石墨烯包覆球形介孔炭/硫纳米复合材料的性能研究
    6.1 前言
    6.2 石墨烯包覆球形介孔炭/硫纳米复合材料的制备
        6.2.1 球形介孔炭的制备
        6.2.2 球形介孔炭/硫纳米复合材料的制备
        6.2.3 石墨烯包覆球形介孔炭/硫纳米复合材料的制备
        6.2.4 正极片的制备及电池组装测试
    6.3 材料结构表征及及其电化学性能研究
        6.3.1 球形介孔炭的结构表征
        6.3.2 热重分析
        6.3.3 电化学性能研究
        6.3.4 交流阻抗测试
    6.4 本章小结
第七章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书



本文编号：3174610