学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

锂硫电池硫基正极的制备与电化学性能研究

作　者: 陈漾
导　师: 李亚娟
学　校: 中南大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂硫电池硫/膨胀石墨热处理泡沫镍
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 94次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

锂硫电池以其高理论能量密度、资源丰富、环境友好、价格低廉等优点,被认为是当前最具研究价值的高性能化学电源之一。提高硫电极的导电性和优化硫电极的结构是解决锂硫电池循环稳定性差、活性物质利用率低等问题的有效方法。本文利用膨胀石墨(EG)的三维层状结构,制备了硫/膨胀石墨(SEG)复合材料。同时,研究了泡沫镍集流体对硫电极电化学性能的影响及反应机理。主要研究内容如下：设计并合成了SEG复合物,研究了合成方法、热处理时间、硫负载量和热处理温度对材料物理性能和电化学性能的影响。结果表明,球磨-热处理法制备的SEG复合物的电化学性能优于球磨法制备的材料。经过两步热处理：155℃,6h和300℃,10h制得的硫负载量为50wt%的SEG复合物,其首次放电比容量为732mAh·g-1,50次充放电循环后维持在500mAh·g-1。SEG复合物的电化学性能优于纯硫电极的原因是,EG的石墨片层可以作为微集流体,提高复合材料的导电率,抑制多硫离子的溶解,维持正极阵列的结构稳定性。对比研究了分别以泡沫镍和不锈钢网为集流体的硫电极的性能。结果表明,硫电极在1.0-2.7V之间进行电化学循环时,泡沫镍参与电极反应,对应于氧化还原峰1.35/2.0V。新的氧化还原反应是泡沫镍集流体上的Ni在电化学反应过程中生成了NiS,NiS进一步参与电极反应,对电池的比容量、循环寿命和库伦效率都有非常大的贡献。这一研究结果对以泡沫镍为集流体的锂硫电池具有很重要的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 锂硫电池的概述  11-13
    1.2.1 锂硫电池的组成与工作原理  11-13
    1.2.2 锂硫电池的特点  13
  1.3 锂硫电池的硫基正极材料  13-20
    1.3.1 单质硫材料  13-14
    1.3.2 有机硫化物材料  14-15
    1.3.3 无机硫化物材料  15
    1.3.4 硫/导电聚合物复合材料  15
    1.3.5 硫/碳复合材料  15-20
  1.4 锂硫电池中集流体的研究  20-21
    1.4.1 铝箔  20
    1.4.2 不锈钢网  20-21
    1.4.3 泡沫镍  21
  1.5 本论文的研究目的、主要内容和创新点  21-23
    1.5.1 本论文的研究目的  21-22
    1.5.2 本论文的主要研究内容  22
    1.5.3 本论文的创新点  22-23
2 材料的制备与表征方法  23-28
  2.1 实验仪器与化学试剂  23-24
    2.1.1 实验仪器  23-24
    2.1.2 化学试剂  24
  2.2 材料的制备  24-25
    2.2.1 膨胀石墨的制备及条件优化  24-25
    2.2.2 硫/膨胀石墨复合物的制备及条件优化  25
  2.3 材料的物理性能表征  25-26
    2.3.1 材料的SEM与EDS分析  25
    2.3.2 材料的TG分析  25-26
    2.3.3 材料的拉曼光谱分析  26
    2.3.4 材料的XRD分析  26
    2.3.5 材料的XPS分析  26
  2.4 电化学性能测试  26-28
    2.4.1 正极膜的制备与扣式电池的组装  26-27
    2.4.2 电池的恒电流充放电测试  27
    2.4.3 电池的循环伏安测试  27-28
3 硫/膨胀石墨复合物正极材料的研究  28-47
  3.1 引言  28-29
  3.2 膨胀石墨制备的条件优化及其电化学性能  29-31
    3.2.1 不同原材料对形貌的影响  29-30
    3.2.2 不同热膨胀处理时间对形貌的影响  30-31
    3.2.3 电化学性能研究  31
  3.3 合成方法对硫/膨胀石墨复合物的性能的影响  31-35
    3.3.1 对材料形貌的影响  32-33
    3.3.2 对材料电化学性能的影响  33-35
  3.4 热处理时间对材料电化学性能的影响  35-36
  3.5 硫负载量对材料性能的影响  36-38
    3.5.1 硫负载量对材料形貌的影响  36-37
    3.5.2 硫负载量对材料电化学性能的影响  37-38
  3.6 热处理温度对材料性能的影响  38-44
    3.6.1 热处理温度对硫负载量的影响  38-39
    3.6.2 热处理温度对材料结构的影响  39-40
    3.6.3 热处理温度对材料形貌的影响  40-41
    3.6.4 热处理温度对材料电化学性能的影响  41-43
    3.6.5 反应后极片形貌的研究  43-44
  3.7 SEG正极材料的机理研究  44-45
  3.8 本章小结  45-47
4 基于不同集流体的硫电极的性能研究  47-59
  4.1 引言  47
  4.2 锂硫电池在不同放电深度下的电化学性能  47-49
    4.2.1 循环性能研究  47-48
    4.2.2 循环伏安曲线研究  48-49
  4.3 基于不同集流体的硫电极的电化学性能研究  49-53
    4.3.1 首次充放电性能研究  49-50
    4.3.2 循环伏安曲线研究  50-51
    4.3.3 循环性能研究  51-52
    4.3.4 倍率性能研究  52-53
  4.4 以泡沫镍为集流体的硫电极的电化学反应机理探讨  53-58
    4.4.1 硫电极的SEM分析  53-54
    4.4.2 电化学反应后的硫电极的SEM和EDS分析  54-55
    4.4.3 硫电极的XPS分析  55-57
    4.4.4 电化学反应机理探讨  57-58
  4.5 本章小结  58-59
5 结论与展望  59-62
  5.1 结论  59-60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-71
攻读学位期间主要的研究成果目录  71-72
致谢  72

相似论文

蝴蝶兰（Phalaenopsis）脱毒快繁关键技术及其生理基础的研究,S682.31
水蜜桃采后生理及贮藏保鲜技术研究,S662.1
静电纺聚砜纤维膜的结构与性能,TQ340.1
采后球形果实热处理过程中的热物理研究,S66
ZL201合金半固态模锻组织与性能研究,TG146.21
AZ31镁合金薄板轧制及热处理工艺的研究,TG166.4
热处理及合金成分对耐磨铸钢组织与性能的影响,TG142.4
铬钼合金钢衬板的研制及耐磨性研究,TG335.5
Ag和Er对Al-Mg-Si-Cu合金组织性能的影响,TG146.21
聚氨酯与聚氯乙烯涂层篷盖织物耐热、耐光性研究,TS195.597
PLA长丝及交织物的性能研究,TS101.923
硫磷酸盐玻璃的制备和发光性能研究,TQ171.1
台车式热处理炉控制系统的设计与研究,TG155.92
船用大型锻件余热热处理工艺方法研究及参数优化,TG316
基于泡沫金属电极的微生物燃料电池产电性能研究,TM911.4
连续玻璃纤维增强聚丙烯的两步法拉挤成型工艺研究,TQ327.11
BTDA-TDI/MDI三元共聚聚酰亚胺纤维湿法纺丝的研究,TQ342.1
功能性大豆蛋白的制备及应用,TS201.21
半芳香聚酰胺的可纺性能研究,TQ340.1
以添加CNTs的Lyocell纤维为前驱体的碳纤维工艺及结构性能的研究,TQ342.742
锂硫二次电池水性粘结剂,TM912