锂硫电池碳/硫正极材料的设计制备和性能研究

发布时间：2024-06-13 22:11

　　单质硫的理论比容量为1675 mAh g-1,同时具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点,与金属锂构成锂硫电池,其理论能量密度高达2600Wh kg-1。因此锂硫电池被认为是最具发展前景的可充电电池体系之一。然而单质硫的电绝缘性、多硫化物溶解穿梭等问题导致锂硫电池活性物质利用率低、电池循环寿命短,严重限制了锂硫电池的商业化生产应用。本论文通过设计制备具有特殊结构碳材料作为载硫基体,制备新型碳/硫复合正极材料来改善锂硫电池性能。主要研究内容和结果如下：(1)以石墨烯为形貌导向材料,通过水热反应和氢氧化钾辅助高温碳化的方法,制备出夹层结构等级多孔碳纳米片材料作为载硫基体。包覆在石墨烯表面的多孔碳层保证硫的高负载量和均匀分布,内部的石墨烯层保证复合材料的高电导率。通过熔融扩散的方法制备碳/硫复合正极材料应用于锂硫电池,具有较好的电化学性能,0.5 C首次放电比容量达到1291.5 mAh g-1,循环100次后放电比容量超过650 mAh g-1.(2)通过静电吸附的方法,在介孔碳/硫(CMK-3/sulfur)表面自组装均匀包覆了15-20nm厚度的石墨烯保护层。经过300℃热处理后,硫均...

【文章页数】：74 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 锂硫电池概述
        1.2.1 锂硫电池的结构
        1.2.3 锂硫电池的工作原理
    1.3 影响锂硫电池性能的主要因素
        1.3.1 单质硫和放电产物的电绝缘性
        1.3.2 中间产物多硫化锂(Li₂S_n)的溶解及穿梭效应
        1.3.3 硫电极循环中的体积应变
    1.4 含单质硫正极材料的研究进展
        1.4.1 硫/碳复合材料
            1.4.1.1 多孔碳
            1.4.1.2 碳纳米管/碳纳米纤维
            1.4.1.3 石墨烯/氧化石墨烯
            1.4.1.4 混合碳材料
        1.4.2 硫/导电聚合物复合材料
            1.4.2.1 硫/聚吡咯复合材料
            1.4.2.2 硫/聚苯胺复合材料
            1.4.2.3 其他硫/聚合物复合材料
        1.4.3 氧化物添加/包覆
    1.5 LI₂S正极材料研究进展
    1.6 锂硫电池负极材料研究进展
        1.6.1 金属锂负极的防护
        1.6.2 无金属锂负极
    1.7 选题依据和主要研究内容
第二章 实验方法和设备
    2.1 实验试剂与设备
        2.1.1 化学试剂
        2.1.2 仪器和设备
    2.2 材料表征
        2.2.1 材料成分物相分析
        2.2.2 材料微观形貌分析
        2.2.3 材料微观结构分析
        2.2.4 材料热重分析
        2.2.5 材料比表面积和孔径分布分析
        2.2.6 材料表面电荷性质测试
    2.3 材料电化学性能测试
        2.3.1 电极片的制备
        2.3.2 电池装配
        2.3.3 恒电流充放电测试
        2.3.4 循环伏安测试
        2.3.5 电化学阻抗谱测试
第三章 夹层结构等级多孔碳纳米片的制备及在锂硫电池中的应用
    3.1 引言
    3.2 材料的制备
        3.2.1 夹层结构等级多孔碳纳米片的制备
        3.2.2 SHPC/S复合材料的制备
    3.3 材料的结构和形貌分析
        3.3.1 SHPC材料的形貌和结构分析
        3.3.2 SHPC/S复合材料的形貌和结构分析
    3.4 电化学性能测试
    3.5 本章小结
第四章 石墨烯包覆介孔碳/硫复合正极材料的制备与电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料的制备
        4.2.1 介孔碳CMK-3以及原始CMK-3/sulfur复合材料的制备
        4.2.2 rGO@CMK-3/sulfur复合材料的制备
    4.3 材料的结构和形貌分析
    4.4 电化学性能测试
    4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
个人简历
攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3993717