一维纳米纤维材料的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用

发布时间：2023-06-02 00:22

　　传统锂离子电池的能量密度较低,难以满足当前功能性更强的智能电子产品、高续航纯电动汽车和无人机等的需求,而基于多电子氧化还原反应的锂硫电池具有高达1675 mAh g^-1的理论比容量和2600 Wh kg^-1的理论比能量,因此有望替代现有的锂离子电池系统被广泛使用。此外,单质硫还具有廉价易得、环境友好、地壳含量丰富以及安全无毒等优点。然而作为电极材料,单质硫及其放电后的最终产物Li₂S₂/Li₂S的导电性差、中间产物多硫化锂在电解液中的溶解以及放电过程中高达80%的体积膨胀,导致锂硫电池中硫的利用率低、容量衰减迅速、倍率性能差,上述不利情况使得锂硫电池的商业化应用之路困难重重。为了解决上述难题,研究人员发现将碳材料作为活性物质的载体,可以极大改善锂硫电池各方面的性能。其中,利用静电纺丝技术制备的一维多孔碳纳米纤维材料因其良好的导电性、优异的柔韧性和机械性以及自支撑等特点,在制备高性能锂硫电池方面展现了巨大的应用前景。目前为数不多的文献中仅仅探讨了一维纳米纤维的孔效应对锂硫电池电化...

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂硫电池概述
        1.2.1 锂硫电池的发展历程
        1.2.2 锂硫电池的结构和工作原理
        1.2.3 锂硫电池面临的挑战
    1.3 锂硫电池正极研究进展
        1.3.1 碳载体材料
        1.3.2 无机极性载体材料
        1.3.3 有机载体材料
    1.4 锂硫电池负极和电解液研究进展
        1.4.1 锂硫电池负极研究进展
        1.4.2 锂硫电池电解液研究概况
    1.5 一维纳米纤维材料在锂硫电池中的优势
    1.6 本文的选题依据、内容和创新点
        1.6.1 本论文选题依据
        1.6.2 本论文研究内容
        1.6.3 本论文的创新点
第2章 实验试剂、仪器和研究方法
    2.1 主要试剂与仪器设备
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 主要实验仪器设备
    2.2 主要物理表征技术
        2.2.1 场发射扫描电子显微镜
        2.2.2 透射电子显微镜
        2.2.3 X射线衍射仪
        2.2.4 X射线光电子能谱仪
        2.2.5 氮吸附比表面积测试仪
        2.2.6 热重分析仪
        2.2.7 紫外-可见吸收光谱测试仪
    2.3 锂硫电池的组装和性能测试
        2.3.1 锂硫电池电极的制备
        2.3.2 锂硫电池的组装
        2.3.3 锂硫电池电化学性能的测试
第3章 碳纳米纤维自支撑电极材料的制备及在锂硫电池中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 静电纺丝制备F127/CNT/聚丙烯腈(PAN)薄膜
        3.2.2 自支撑一维碳纳米纤维(CNFs)薄膜材料的制备
        3.2.3 Li₂S₆ 溶液的配制
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 CNFs薄膜材料的表征
        3.3.2 CNFs自支撑锂硫电池正极的电化学行为
        3.3.3 CNFs自支撑锂硫电池正极的动力学性质及机理分析
    3.4 本章小结
第4章 Co₉S₈/CNFs复合纳米纤维电极材料的制备及在锂硫电池中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 静电纺丝制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维
        4.2.2 Co₉S₈/PAN复合纳米纤维的制备
        4.2.3 Co₉S₈/CNFs复合纳米纤维的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Co₉S₈/CNFs复合纳米纤维材料的表征
        4.3.2 基于Co₉S₈/CNFs复合纳米纤维锂硫电池正极的电化学行为
        4.3.3 基于Co₉S₈/CNFs复合纳米纤维锂硫电池正极的动力学性质及机理分析
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间科研情况



本文编号：3827309