镍金属有机骨架制备的多孔碳用于锂硫电池正极的研究
发布时间：2021-08-29 23:53
锂硫（Li-S）电池因具有比容量高,活性物质硫价格低、来源广等优点,是最有发展前景的下一代高比能储能装置。然而单质硫的电导率低、多硫化物溶解扩散、放电过程电极体积膨胀以及锂枝晶等问题,严重制约锂硫电池的实际应用。本文利用金属有机骨架（MOF）材料大的比表面积和独特的孔结构特点,将MOF表面修饰改性,作为碳材料前驱体,通过高温直接碳化制备掺杂氮、氧元素的碳材料,用于锂硫电池正极活性材料硫的负载,制备碳/硫复合正极材料,研究掺杂不同原子的MOF衍生碳材料对锂硫电池性能的影响。具体研究内容如下:（1）镍基金属有机骨架（Ni-MOF）的制备。以水热法制备的镍基金属有机骨架为前驱体,在氩气气氛下高温煅烧制备不同结构形貌的碳材料,考察pH值、碳化温度、活化条件对电池性能的影响。结果显示:在制备MOF的过程中添加适量氨水会使电池的放电容量增加,但是加入氨水过多又会产生相反的作用;煅烧温度在900℃有较高的电池容量;在组装电池时添加石墨烯作为导电剂有较好的充放电特性。（2）糠醇（FA）掺杂改性Ni-MOF及其衍生的多孔碳/硫正极性能。为改善MOF衍生碳的表面性质,增加多孔碳与多硫化物的相互作用力,选用...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 Li-S电池概述
1.2.1 Li-S电池的工作原理
1.2.2 Li-S电池研究中存在的问题
1.2.3 解决方案及研究进展
1.3 选题的背景、意义及研究内容
1.3.1 选题的背景及意义
1.3.2 课题研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验仪器和试剂
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验试剂
2.2 实验内容
2.2.1 比表面分析(BET)
2.2.2 热重分析(TGA)
2.2.3 X射线衍射(XRD)
2.2.4 扫描电镜(SEM)
2.3 电极制备和组装电池
2.3.1 电极制备
2.3.2 电池组装
2.4 电化学性能测试
2.4.1 恒流充放电测试
2.4.2 循环伏安(CV)测试
2.4.3 交流阻抗(EIS)测试
第三章 基于碳化有机骨架Ni-MOF合成碳/硫正极及锂-硫电池性质研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 Ni-MOF的制备
3.2.2 MOF衍生碳材料
3.2.3 电池组装
3.3 结果与讨论
3.3.1 扫描电镜(SEM)表征分析
3.3.2 样品的X-射线衍射(XRD)表征分析
3.3.3 样品的比表面积和孔分布分析
3.3.4 C-Ni-S复合材料的热重分析
3.4 电化学性能分析
3.5 本章小结
第四章 氧掺杂的有机骨架Ni-MOF合成碳/硫正极及锂-硫电池性质研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 Ni-MOF的表面改性
4.2.2 电池组装
4.3 结果与讨论
4.3.1 样品的SEM和EDS分析
4.3.2 样品的比表面积和孔分布分析
4.3.3 MOF衍生的碳材料/硫复合材料的充放电性能
4.3.4 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环伏安测试
4.3.5 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环性能
4.3.6 MOF衍生碳材料/硫复合材料的倍率性能
4.3.7 MOF衍生碳材料/硫复合材料的交流阻抗
4.4 本章小结
第五章 氮掺杂的有机骨架Ni-MOF合成碳/硫正极及锂-硫电池性质研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 Ni-MOF的表面改性
5.2.2 电池组装
5.3 结果与讨论
5.3.1 样品的SEM和EDS分析
5.3.2 样品的比表面积和孔分布分析
5.3.3 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环伏安测试
5.3.4 MOF衍生碳材料/硫复合材料的充放电性能
5.3.5 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环性能
5.3.6 MOF衍生碳材料/硫复合材料的交流阻抗
5.3.7 MOF衍生碳材料/硫复合材料的倍率性能
5.4 氧氮共掺杂
5.5 对Ni金属的考察
5.5.1 Ni在Li-S电池体系中的考察
5.5.2 锂离子扩散性能及正极机理
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 研究工作的不足
6.4 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能锂硫电池正极材料研究进展及构建策略[J]. 王维坤,王安邦,金朝庆,杨裕生. 储能科学与技术. 2017(03)
[2]掺杂纳米TiO2光催化性能的研究[J]. 吴树新,马智,秦永宁,齐晓周,梁珍成. 物理化学学报. 2004(02)
硕士论文
[1]氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 董惠.北京化工大学 2016
[2]高性能锂硫电池正极材料制备和研究[D]. 胡晨吉.上海大学 2016
[3]高稳定性、高容量锂硫电池的研究[D]. 蔡文龙.浙江大学 2016
[4]高比容量锂硫电池正极硫@导电复合材料的制备与电化学研究[D]. 彭振桓.上海大学 2015
[5]金属有机框架（MOF）制备、改性及其在锂硫电池中的应用[D]. 包维斋.中南大学 2014
[6]高导电性硫基复合正极材料的研制[D]. 魏巍.上海交通大学 2011
本文编号：3371626
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 Li-S电池概述
1.2.1 Li-S电池的工作原理
1.2.2 Li-S电池研究中存在的问题
1.2.3 解决方案及研究进展
1.3 选题的背景、意义及研究内容
1.3.1 选题的背景及意义
1.3.2 课题研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验仪器和试剂
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验试剂
2.2 实验内容
2.2.1 比表面分析(BET)
2.2.2 热重分析(TGA)
2.2.3 X射线衍射(XRD)
2.2.4 扫描电镜(SEM)
2.3 电极制备和组装电池
2.3.1 电极制备
2.3.2 电池组装
2.4 电化学性能测试
2.4.1 恒流充放电测试
2.4.2 循环伏安(CV)测试
2.4.3 交流阻抗(EIS)测试
第三章 基于碳化有机骨架Ni-MOF合成碳/硫正极及锂-硫电池性质研究
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 Ni-MOF的制备
3.2.2 MOF衍生碳材料
3.2.3 电池组装
3.3 结果与讨论
3.3.1 扫描电镜(SEM)表征分析
3.3.2 样品的X-射线衍射(XRD)表征分析
3.3.3 样品的比表面积和孔分布分析
3.3.4 C-Ni-S复合材料的热重分析
3.4 电化学性能分析
3.5 本章小结
第四章 氧掺杂的有机骨架Ni-MOF合成碳/硫正极及锂-硫电池性质研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 Ni-MOF的表面改性
4.2.2 电池组装
4.3 结果与讨论
4.3.1 样品的SEM和EDS分析
4.3.2 样品的比表面积和孔分布分析
4.3.3 MOF衍生的碳材料/硫复合材料的充放电性能
4.3.4 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环伏安测试
4.3.5 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环性能
4.3.6 MOF衍生碳材料/硫复合材料的倍率性能
4.3.7 MOF衍生碳材料/硫复合材料的交流阻抗
4.4 本章小结
第五章 氮掺杂的有机骨架Ni-MOF合成碳/硫正极及锂-硫电池性质研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 Ni-MOF的表面改性
5.2.2 电池组装
5.3 结果与讨论
5.3.1 样品的SEM和EDS分析
5.3.2 样品的比表面积和孔分布分析
5.3.3 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环伏安测试
5.3.4 MOF衍生碳材料/硫复合材料的充放电性能
5.3.5 MOF衍生碳材料/硫复合材料的循环性能
5.3.6 MOF衍生碳材料/硫复合材料的交流阻抗
5.3.7 MOF衍生碳材料/硫复合材料的倍率性能
5.4 氧氮共掺杂
5.5 对Ni金属的考察
5.5.1 Ni在Li-S电池体系中的考察
5.5.2 锂离子扩散性能及正极机理
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 创新点
6.3 研究工作的不足
6.4 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能锂硫电池正极材料研究进展及构建策略[J]. 王维坤,王安邦,金朝庆,杨裕生. 储能科学与技术. 2017(03)
[2]掺杂纳米TiO2光催化性能的研究[J]. 吴树新,马智,秦永宁,齐晓周,梁珍成. 物理化学学报. 2004(02)
硕士论文
[1]氮掺杂石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 董惠.北京化工大学 2016
[2]高性能锂硫电池正极材料制备和研究[D]. 胡晨吉.上海大学 2016
[3]高稳定性、高容量锂硫电池的研究[D]. 蔡文龙.浙江大学 2016
[4]高比容量锂硫电池正极硫@导电复合材料的制备与电化学研究[D]. 彭振桓.上海大学 2015
[5]金属有机框架（MOF）制备、改性及其在锂硫电池中的应用[D]. 包维斋.中南大学 2014
[6]高导电性硫基复合正极材料的研制[D]. 魏巍.上海交通大学 2011
本文编号：3371626
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3371626.html
