导电聚合物应用于锂硫电池并改善其电化学性能

发布时间：2017-09-16 19:47

  本文关键词：导电聚合物应用于锂硫电池并改善其电化学性能

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【摘要】：单质硫作为一种多电子反应正极活性材料,其理论比容量为1675mAh/g;当与金属锂组成锂硫电池时,其理论能量密度高达2600Wh/kg。此外,单质硫还具有资源丰富、成本低廉、环境友好等优点。因此,锂硫电池被视为下一代极具应用潜力的高比能二次电池体系。但是,锂硫电池存在循环稳定性差、库伦效率低等问题,造成这些问题的主要原因在于:(1)单质硫的导电性差;(2)充放电中间产物易溶解到电解液中,产生“穿梭”效应;(3)单质硫和放电最终产物Li2S之间的密度差使得体积膨胀高达80%,会造成正极结构的粉化坍塌。针对这些问题,研究人员可以从以下3个方面着手:(1)添加一种或多种电子导体与硫复合达到提高导电性的目的;(2)改进电池的电解液体系;(3)锂负极的保护。本文利用导电高分子的特性,将其应用于锂硫电池正极材料制备以及正极修饰,来改善电池性能。主要研究内容和结果如下:1.利用商业化导电高分子——聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)在锂硫电池正极表面进行修饰。因其具有导电性,亲水性,及柔性等适合锂硫电池的特性,该方法对于提高比容量,限制多硫化物的迁移以及体积膨胀有很好的作用。在0.2C倍率下,其首次放电比容量达到1061mAh/g,100周循环后容量仍然有650.6mAh/g,容量保持率达61.3%。除此之外,其电池质量能量密度超过了传统LiCoO2/石墨电池,也是一个突破。最值得提出的是,该方法简便易行,适合大规模工业生产。2.制备空心管状的导电聚合物——聚苯胺(PANI),通过两步热复合,得到PANI/S复合正极材料。高温处理使得部分S与PANI发生硫化脱氢形成立体的三维网络结构,剩余的S扩散至新形成的聚合物网络或空洞中。基于PANI的高导电性以及空心管状结构的三维构筑,该复合材料在0.2 C倍率下,初始放电比容量可达到1303.5mAh/g。
【关键词】：锂硫电池 导电高分子 表面修饰 复合材料
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 锂硫电池工作原理10-11
• 1.3 锂硫电池存在的问题11-12
• 1.4 锂硫电池正极材料12-22
• 1.5 锂硫电池电解液22-24
• 1.6 新型锂硫电池结构24-25
• 1.7 本论文的立题依据及研究内容25-26
• 2 实验方法26-29
• 2.1 实验试剂及实验设备26-27
• 2.2 材料测试及表征27
• 2.3 电化学性能测试27-29
• 3 导电高分子包覆硫正极改善锂硫电池电化学性能29-39
• 3.1 引言29
• 3.2 正极的制作29-30
• 3.3 实验结果分析30-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 聚苯胺/硫复合正极材料改善锂硫电池性能39-47
• 4.1 引言39
• 4.2 空心管状PANI/硫复合材料的制备39-40
• 4.3 实验结果分析40-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 结论与展望47-49
• 5.1 结论47-48
• 5.2 展望48-49
• 致谢49-51
• 参考文献51-58
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文58

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本文编号：865093