等级孔碳锂硫电池正极材料的设计合成及应用

发布时间：2023-05-08 00:34

　　随着互联网时代的来临,电动自行车、电动汽车和大型储电站进入大规模的应用阶段,锂离子二次电池比容量已难以满足需求,锂硫电池以高的比容量,环境友好,原材料来源丰富,价格低廉等优点成为下一代最有前景的储能系统,但其在商业化道路上仍然存在许多亟待解决的问题:首先,单质硫以及放电产物Li₂S和Li₂S₂低导电性,降低了活性物质的利用率,造成初始放电容量低;其次,单质硫锂化反应前后体积膨胀高达80%,膨胀产生的应力严重影响正极材料结构的稳定,造成电极材料粉化甚至脱离集流体,降低电池循环稳定性;此外,充放电过程中,单质硫转变成易溶解于电解液的长链聚合物,来回穿梭于正负极,并不可逆沉积在负极锂表面,严重影响活性物质的利用率,降低电池容量和库伦效率。本论文通过对介孔碳、微孔碳和等级孔碳的研究,发现等级孔碳能有效解决硫的低导电性,体积膨胀效应,在一定程度缓解穿梭效应,提高电池的整体性能,具体工作如下:(1)以二氧化硅为硬模板、十二烷基硫酸钠为软模板剂和多巴胺为碳源,采用沉积的方法制备出氮掺杂的笼状介-微孔等级孔碳;参比材料为氮掺杂介孔碳、氮...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池的概况
        1.2.1 硫存在形式
        1.2.2 锂硫电池的内部结构
        1.2.3 锂硫电池的工作机理
        1.2.4 锂硫电池的发展现状以及存在的问题
    1.3 碳基正极材料研究发展
        1.3.1 基于介孔碳-硫复合物的正极材料
        1.3.2 基于微孔碳-硫复合物的正极材料
        1.3.3 基于等级孔碳-硫复合物的正极材料
        1.3.4 基于其他碳-硫复合物的正极材料
    1.4 锂负极的研究进展
        1.4.1 金属锂负极的研究进展
        1.4.2 无金属锂负极的研究进展
    1.5 电解液的研究进展
        1.5.1 液态电解液的研究
        1.5.2 固态电解液的研究
        1.5.3 凝胶型聚合物电解液的研究
    1.6 粘结剂的研究进展
        1.6.1 油系粘结剂的研究
        1.6.2 水系粘结剂的研究
    1.7 课题的提出及研究内容
第2章 氮掺杂的等级孔碳、介孔碳及微孔碳基正极材料的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂及仪器
        2.2.2 实验制备方案
        2.2.3 材料结构的表征
        2.2.4 材料电化学性能表征
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 氮掺杂的等级孔碳的结构表征
        2.3.2 氮掺杂的介孔碳、微孔碳的结构表征
        2.3.3 氮掺杂的等级孔碳、介孔碳及微孔碳基正极材料的电化学性能表征
    2.4 本章小结
第3章 生物质等级孔碳基正极材料的的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂及仪器
        3.2.2 实验过程
        3.2.3 材料结构的表征
        3.2.4 材料电化学性能表征
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 生物质等级孔碳的结构表征
        3.3.2 生物质等级孔碳的电化学表征
    3.4 本章小结
第4章 生物质等级孔碳基介孔和微孔调控及其电化学性能的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂及仪器
        4.2.2 实验制备方案
        4.2.3 材料的结构表征
        4.2.4 材料电化学性能表征
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 WSAC-8和WSAC-5材料的表征与讨论
        4.3.2 WSAC-5和WSAC-8电化学性能表征
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
硕士期间发表学术成果情况



本文编号：3811634