碳/硫复合物的制备及其电化学性能研究

发布时间：2022-10-07 20:58

　　摘要：锂硫电池的硫电极资源丰富、无毒无污染、环境友好、价格低廉,是最具潜力的电池体系之一。为了解决硫及还原产物Li2S2、Li2S导电性差和多硫离子易于溶解于电解液的问题,研究者们制备了大量碳硫复合物。本论文分别采用一步回流法和水热法制备了普通多孔碳球NCs和多级孔碳球HNCs,通过原位沉积法与硫复合制备了NCs/S和HNCs/S,并采用碳纳米管物理和化学掺杂改性NCs,制备了NCs/CNTs/S和NCs@CNTs/S。同时,研究了KOH水热刻蚀对多壁碳纳米管形貌及电化学性能的影响。主要内容如下： 一步回流法制备了普通多孔碳球NCs,研究了碳纳米管掺杂方法,碳纳米管掺杂量对碳硫复合物形貌和电化学性能的影响。结果表明,碳纳米管物理掺杂改性时,CNTs:NCs为1：8的NCs/CNTs/S电化学性能最优,首次比容量可达1304.0mAh·g-1,而且循环性能良好,80个循环之后容量仍高于500mAh·g-1。化学掺杂法制备的花状NCs@CNTs比表面积大,有利于与硫的均匀复合,电化学性能优于物理掺杂制备的NCs/CNTs/S, NCs@CNTs/S在0.5C时首次比容量高达1716.... 

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池的简介
    1.3 锂硫电池硫/碳复合材料研究进展
        1.3.1 硫/多孔碳复合材料
        1.3.2 硫/碳球复合材料
        1.3.3 硫/碳纳米管或碳纤维复合材料
        1.3.4 硫/石墨衍生物复合材料
        1.3.5 多元碳/硫复合物
        1.3.6 硫/碳复合物的改性研究
    1.4 含硫复合正极材料的制备方法
    1.5 本论文的研究目的、内容和创新点
        1.5.1 本论文的研究目的
        1.5.2 本论文的主要研究内容
        1.5.3 本论文的创新点
2 材料的制备及表征
    2.1 实验主要试剂与仪器
        2.1.1 主要试剂
        2.1.2 仪器设备
    2.2 材料的制备
        2.2.1 回流法制备多孔碳及碳纳米管改性
        2.2.2 两步水热法制备多孔碳材料及其与硫的复合物
        2.2.3 水热刻蚀法制备碳纳米管及其与硫的复合物
    2.3 物理性能表征
        2.3.1 X射线衍射分析
        2.3.2 SEM及EDS分析
        2.3.3 TEM及HAADF分析
        2.3.4 热重分析(TGA)
        2.3.5 比表面积分析(BET)
        2.3.6 孔隙度分析
    2.4 电化学性能测试
        2.4.1 正极片的制备
        2.4.2 扣式电池的组装
        2.4.3 恒流充放电测试
        2.4.4 循环伏安测试
3 多孔碳/硫复合物的研究
    3.1 引言
    3.2 一步回流法制备的NCs的研究
        3.2.1 NCs的形貌研究
        3.2.2 模板对NCs形貌的影响
        3.2.3 CNTs物理掺杂对NCs/S形貌的影响
        3.2.4 CNTs物理掺杂对NCs/S性能的影响
    3.3 一步回流法制备的NCs@CNTs性能的研究
        3.3.1 NCs@CNTs形貌的研究
        3.3.2 NCs@CNTs/S性能的研究
    3.4 水热法多级孔碳制备条件的优化
        3.4.1 模板对多级孔碳形貌的影响
        3.4.2 碳硅源比对多级孔碳形貌的影响
        3.4.3 碳球粒径对多级孔碳球/硫复合物形貌的影响
        3.4.4 碳球粒径对多级孔碳球/硫复合物性能的影响
        3.4.5 HNCs-1的形貌分析即生成机理研究
    3.5 水热法多级孔碳球/硫复合物的性能研究
        3.5.1 多级孔碳球/硫复合物的物相分析
        3.5.2 多级孔碳球/硫复合物的热重分析
        3.5.3 多级孔碳球/硫复合物的循环伏安分析
        3.5.4 多级孔碳球/硫复合物的充放电分析
    3.6 本章小结
4 刻蚀碳纳米管/硫复合物的研究
    4.1 引言
    4.2 刻蚀碳纳米管制备及测试条件的优化
        4.2.1 刻蚀温度对碳纳米管形貌的影响
        4.2.2 刻蚀温度对碳纳米管性能的影响
        4.2.3 电压区间对刻蚀碳纳米管/硫复合物性能的影响
    4.3 刻蚀对多壁碳纳米管/硫复合物的影响
        4.3.1 刻蚀对多壁碳纳米管/硫的复合物形貌的影响
        4.3.2 刻蚀对多壁碳纳米管/硫复合物晶相的影响
        4.3.3 刻蚀对多壁碳纳米管载硫量的影响
        4.3.4 刻蚀对多壁碳纳米管/硫复合物性能的影响
    4.4 刻蚀多壁碳纳米管与硫复合的机理研究
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchical nanostructured composite cathode with carbon nanotubes as conductive scaffold for lithium-sulfur batteries[J]. Xiaofei Liu,Qiang Zhang,Jiaqi Huang,Shumao Zhang,Hongjie Peng,Fei Wei.  Journal of Energy Chemistry. 2013(02)
[2]锂硫电池关键材料研究进展与展望[J]. 董全峰,王翀,郑明森.  化学进展. 2011(Z1)
[3]锂离子电池及其正极材料的研究进展[J]. 马荣骏.  有色金属. 2008(01)



本文编号：3687390