高性能锂硫二次电池水性粘结剂及正极碳/硫复合材料的制备与研究
发布时间：2021-09-02 19:05
随着电动汽车的快速发展,传统的锂离子二次电池将难以满足市场需求,锂硫电池由于具有高理论能量密度（2600 Whkg-1）而受到广泛关注。但是,锂硫电池依然存在一些问题使其电化学性能难以发挥,如硫及其放电产物多硫离子较低的电导率,循环过程中发生的“穿梭效应”以及硫正极的体积变化等。针对锂硫电池的这些固有特性,本论文通过开发和制备多功能粘结剂和硫支撑材料改善硫正极结构,提高锂硫电池活性物质的利用率及其电化学稳定性。本论文首次采用廉价的天然多聚物瓜尔豆胶（GG）作为锂硫电池硫正极的粘结剂。研究结果表明GG具有高于传统粘结剂聚偏氟乙烯（PVDF）的硬度和粘度,因此将GG作为粘结剂能赋予电极合适的延展性,从而缓解硫正极在循环过程中由于体积变化带来的不良影响。此外,GG具有较好的化学与电化学稳定性,GG在电解液中的溶胀和溶解基本可以忽略不计;循环伏安测试结果表明,GG在扫描电位范围（1.8-2.6V（vs.Li/Li+））内没有发生明显的电化学反应,表现出较好的电化学稳定性。傅立叶红外光谱测试（FTIR）表明,GG和多硫离子之间存在化学作用,该化学作用有利于减少硫正极活性材料的损失,可在一定程度上...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１锂硫电池的结构示意图ｗ??
赋予某些金属氧化物良好的导电性，这呰金属氧化物作为硫支撑材料，＂丨以有效??提高锂硫电池的容量和循环性能??Ｓｅｈ等人ｗ合成了?－种具有核壳结构的Ｔｉ０２作为硫支撑材料（如图１－５），在??０．５?Ｃ电流密度下，该硫电极可获得１０３０?ｍＡｈ?的＂丨逆容量，库仑效率高达??９８．４％，在１０００次循环过程中，容量衰减率仅为０．０３３％。丁丨０２对放电产物多硫??离子的吸附较强，因此可在一定程度上减少多硫离子在电解液中的溶解与扩散；??同时，具有核壳结构的丁丨０２壳层内剩余的空间可以用来缓冲充放电过程中体积??变化带来的负面影响。??ｔ，０２?ｐａｒｔｉａｌＳ??丨?Ｓｕｌｐｈｕｒ?丨?丨?Ｓｕｌｐｈｕｒ?丨?丨??ｊ?ｃｏａｔｉｎｇ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ??图１－５具有核壳结构的ＴｉＯ，的结构示意图？??Ｒｅｈｍａｎ等人Ｍ设计了一种新型碳包覆的二氧化猛（Ｍｎ０２）空心纳米盒并将??该复合材料作为硫支撑材料。Ｍｎ０２纳米层较强的化学作用力可以将多硫离子限??制于纳米盒内部；此外空心碳纳米盒不仅可以确保高硫负载量，还可以缓冲活性??材料在充放电过程中的体积变化。碳包覆层可以提高离子和电子的快速传输
支搾材料）、ｖ：用在锂硫电池上。将该材料作为锂硫电池的骨架材料，可有效提高电??池忡能。该课题组的研究表明，Ｃｏ－Ｎ在锂硫电池中具有“多功能、双催化”的作??用（基理示意图如图１－８所示），对有效提高活性材料利用率，抑制中间产物多??硫离子的“穿梭效应”，改善电极的电化学反应动力学具有重要指导意义。??气ｐｉｒｅｃｔ??Ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ??倫一—＇ＰＦ??，一一－－－下’２？＾ｉｓｃｈａｒｇｅ＾?、、、、、、??（’?＜＝＃备??＇、＇?？?Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ?Ｎ?乂??、、＼?ｍａｔｒｉｘ?，，??、、、＇、、＇－?＊ｒ＾ｒ????图１－８?Ｃｏ－Ｎ在锂硫电池中的“多功能、双催化”作用示意图％??近年来ＭＯＦｓ被广泛地应用在能源存储与转换中，针对某种能源存储与转换??应用的特点，通过选择不同的有机配体和金属结点，或将活性组分引入孔道或骨??架结构中，与碳纳米管和石墨烯等材料复合，可以设计合成出具有某种特性特殊??功能的材料应用在能源的存储与转换系统中１９１。??１．５锂硫电池水性粘结剂??虽然粘结剂在电极中所占的比例很小（４－１０?ｗｔ％），却对电极的制备过程和??电极的微观结构有较大的影响［５１５５］。如果粘结剂具有以下几种功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]水系黏结剂琼脂在锂硫电池中的应用[J]. 唐振,熊传溪. 储能科学与技术. 2017(03)
[2]LiFePO4正极水性粘结剂的研究进展[J]. 何嘉荣,仲皓想,邵丹,李勇,张灵志. 新能源进展. 2015(03)
[3]瓜尔豆胶的生产及其应用研究进展[J]. 顾振东,刘晓艳. 广西轻工业. 2010(07)
本文编号：3379563
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１锂硫电池的结构示意图ｗ??
赋予某些金属氧化物良好的导电性，这呰金属氧化物作为硫支撑材料，＂丨以有效??提高锂硫电池的容量和循环性能??Ｓｅｈ等人ｗ合成了?－种具有核壳结构的Ｔｉ０２作为硫支撑材料（如图１－５），在??０．５?Ｃ电流密度下，该硫电极可获得１０３０?ｍＡｈ?的＂丨逆容量，库仑效率高达??９８．４％，在１０００次循环过程中，容量衰减率仅为０．０３３％。丁丨０２对放电产物多硫??离子的吸附较强，因此可在一定程度上减少多硫离子在电解液中的溶解与扩散；??同时，具有核壳结构的丁丨０２壳层内剩余的空间可以用来缓冲充放电过程中体积??变化带来的负面影响。??ｔ，０２?ｐａｒｔｉａｌＳ??丨?Ｓｕｌｐｈｕｒ?丨?丨?Ｓｕｌｐｈｕｒ?丨?丨??ｊ?ｃｏａｔｉｎｇ?ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ??图１－５具有核壳结构的ＴｉＯ，的结构示意图？??Ｒｅｈｍａｎ等人Ｍ设计了一种新型碳包覆的二氧化猛（Ｍｎ０２）空心纳米盒并将??该复合材料作为硫支撑材料。Ｍｎ０２纳米层较强的化学作用力可以将多硫离子限??制于纳米盒内部；此外空心碳纳米盒不仅可以确保高硫负载量，还可以缓冲活性??材料在充放电过程中的体积变化。碳包覆层可以提高离子和电子的快速传输
支搾材料）、ｖ：用在锂硫电池上。将该材料作为锂硫电池的骨架材料，可有效提高电??池忡能。该课题组的研究表明，Ｃｏ－Ｎ在锂硫电池中具有“多功能、双催化”的作??用（基理示意图如图１－８所示），对有效提高活性材料利用率，抑制中间产物多??硫离子的“穿梭效应”，改善电极的电化学反应动力学具有重要指导意义。??气ｐｉｒｅｃｔ??Ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ??倫一—＇ＰＦ??，一一－－－下’２？＾ｉｓｃｈａｒｇｅ＾?、、、、、、??（’?＜＝＃备??＇、＇?？?Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ?Ｎ?乂??、、＼?ｍａｔｒｉｘ?，，??、、、＇、、＇－?＊ｒ＾ｒ????图１－８?Ｃｏ－Ｎ在锂硫电池中的“多功能、双催化”作用示意图％??近年来ＭＯＦｓ被广泛地应用在能源存储与转换中，针对某种能源存储与转换??应用的特点，通过选择不同的有机配体和金属结点，或将活性组分引入孔道或骨??架结构中，与碳纳米管和石墨烯等材料复合，可以设计合成出具有某种特性特殊??功能的材料应用在能源的存储与转换系统中１９１。??１．５锂硫电池水性粘结剂??虽然粘结剂在电极中所占的比例很小（４－１０?ｗｔ％），却对电极的制备过程和??电极的微观结构有较大的影响［５１５５］。如果粘结剂具有以下几种功能
【参考文献】：
期刊论文
[1]水系黏结剂琼脂在锂硫电池中的应用[J]. 唐振,熊传溪. 储能科学与技术. 2017(03)
[2]LiFePO4正极水性粘结剂的研究进展[J]. 何嘉荣,仲皓想,邵丹,李勇,张灵志. 新能源进展. 2015(03)
[3]瓜尔豆胶的生产及其应用研究进展[J]. 顾振东,刘晓艳. 广西轻工业. 2010(07)
本文编号：3379563
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