富硫超支化聚合物的合成及其锂硫电池应用研究

发布时间：2017-11-29 04:22

  本文关键词：富硫超支化聚合物的合成及其锂硫电池应用研究

  更多相关文章： 富硫超支化聚合物 溶液加工性能 石墨烯超轻气凝胶 锂硫电池正极材料

【摘要】：锂硫电池是一种以硫为正极材料,锂为负极材料的新型锂离子电池。锂硫电池具有较高的理论比容量(1672 mA·h·g-1),较高的理论能量密度(2600 W·h· kg-1),硫储量丰富且成本低廉等优点。然而硫加工困难,硫负载量低,导电性差,而且硫在放电过程中生成长链聚硫锂中间体,在正负极之间扩散穿梭发生自放电,造成循环性能的下降。因此,制备一种富硫、易加工、电化学性能稳定的聚合物是提升锂硫电池电化学性能的方法之一。本论文针对这一问题开展研究,设计合成了一种富硫的超支化聚合物(SRHPs),并将SRHPs应用于锂硫电池正极材料中本文通过由硫单质(S8)发生开环反应分解产生的长链硫自由基与1,3-二异丙烯基苯(DIB)的硫自由基-双键加成反应合成SRHPs。与仅溶于极少数溶剂的纯硫相比,SRHPs因受益于自身支化的分子结构,在一些有机溶剂中呈现出较高的溶解度——400mg·mL-1。 SRHPs具有较大的分子量,最大数均分子量为5400g·mol-1,最大重均分子量为23500 g·mol-1。还将乙烯基封端的SRHPs依次通过硫自由基-双键点击化学和Menschutkin季铵化点击化学反应,对SRHPs的内部结构及溶解性进行调控,获得了水溶性的聚硫化合物。结合SRHPs的高硫含量及高溶解性,将SRHPs溶解在挥发性有机溶剂中,涂覆到一种石墨烯-碳纳米管协同组成的全碳气凝胶中,制得锂硫电池正极材料。采用循环伏安法、恒电流充放电和电化学阻抗等测试手段研究锂硫电池的电化学性能。这种基于SRHPs和全碳气凝胶的锂硫电池的最初比容量达到1247.6 mA·h·g-1,电池的循环寿命至少能够达到400次,还展现出较理想的倍率性能以及稳定在100%左右的库仑效率,比以纯硫作为正极材料的锂硫电池表现出更优越的电池性能,这归结于SRHPs将硫元素通过C-S共价键连接的化学固定作用,成功地抑制了锂硫电池穿梭效应。三维导电结构的全碳气凝胶提升了电极材料的导电性,也提升了锂硫电池的电化学性能。SRHPs兼具高溶解性、可功能化性质和优越的电化学性能等优点,为SRHPs在电学等方面的进一步应用奠定了基础。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ317

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本文编号：1236185