电力工业论文_硫碳复合正极材料的制备及电化学

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 Li-S电池简介

    1.2.1 Li-S电池的概述

    1.2.2 锂离子电池及Li-S电池发展

    1.2.3 Li-S电池正极材料充电/放电原理

1.3 Li-S电池的优势与挑战

    1.3.1 Li-S电池发展前景

    1.3.2 Li-S电池的优势

    1.3.3 Li-S电池面临的挑战

1.4 Li-S电池正极材料研究进展

    1.4.1 硫/碳复合正极材料

    1.4.2 硫/改性碳复合正极材料

    1.4.3 硫/碳基金属化合物复合正极材料

    1.4.4 硫/高分子导电聚合物复合正极材料

1.5 本论文选题意义

2 实验原料、仪器及表征方法

2.1 实验原料和实验设备

    2.1.1 实验原料

    2.1.2 实验设备

2.2 材料测试与表征

    2.2.1 X射线衍射分析

    2.2.2 扫描电子显微镜

    2.2.3 等温吸脱附测试

    2.2.4 热重分析仪分析

2.3 电化学性能表征

    2.3.1 简易的锂硫模拟电池组装

    2.3.2 电化学性能表征方法

3 硫碳复合正极材料的制备及电化学性能研究

3.1 实验部分

    3.1.1 载硫体碳材料的制备

    3.1.2 硫碳复合正极材料的制备

3.2 实验结果及数据分析

    3.2.1 活性物质硫的黏度曲线

    3.2.2 MCHS比表面积测试

    3.2.3 硫碳复合正极材料物相表征

    3.2.4 硫碳复合正极材料的形貌观察

    3.2.5 硫碳复合正极材料的电化学性能

3.3 本章小结

4 极性添加剂构建硫碳复合正极材料及电化学性能研究

4.1 实验部分

    4.1.1 钛酸钡及其硫碳复合正极材料的制备

4.2 实验结果及数据分析

    4.2.1 MCHS/S复合材料及BTO的物相分析

    4.2.2 不同硫含量的MCHS/S复合材料及BTO的形貌观察

    4.2.3 含BTO的MCHS/S复合材料电化学性能

4.3 本章小结

5 修饰改性隔膜构建硫碳复合正极材料及电化学性能研究

5.1 实验部分

    5.1.1 复合材料修饰隔膜的制备

5.2 实验结果及数据分析

    5.2.1 隔膜修饰复合材料物相分析

    5.2.2 隔膜修饰复合材料物化特性分析

    5.2.3 CoS_2/MCHS隔膜修饰复合材料电化学性能研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章摘要:锂硫电池被认为是新一代电化学储能装置。锂硫电池正极材料硫理论比容量高达1675 mAh/g。且因活性物质硫资源丰富、成本低廉、环境友好而被认为具备广阔应用前景的锂离子电池体系之一。然而活性物质硫的电绝缘性及多硫化物的“穿梭效应”等因素制约着锂硫电池大规模商业化应用。本文主要通过构建新型复合结构的正极材料和修饰改性隔膜的方式,研究其电化学性能,以期对锂硫电池正极材料所面临的问题有所改进。主要研究内容如下:以Si02为基本结构模板法合成了比表面积高达965.95 m2/g的多孔中空碳材料（MCHS）,同时模板法合成多孔碳纳米棒（MCNR）。以合成的MCHS与MCNR为碳主体分别采取CS2化学浸渍方式和物理煅烧方式制备出硫碳复合正极材料。电化学测试表明化学浸渍效果优于物理低温熔融。MCHS具有独特多孔结构,可物理吸附多硫化物,缓解电池放电过程中的穿梭效应。以化学浸渍方式合成的电极材料,在0.5 C倍率下充放电循环测试100圈后放电比容量为301.2 mAh/g。为克服非极性碳材料对极性多硫化物吸附的局限性,将钛酸钡（BTO）添加至锂硫体系用于固定吸附多硫化物,提高锂硫电池正极材料的循环稳定性。将15 wt%的钛酸钡添加至硫碳复合正极材料中,电化学性能显著改善。采取物理低温锻烧合成硫碳复合正极材料,考查硫含量对硫碳复合正极材料的电化学性能的影响,含硫量为70%的电极材料,在100mA/g电流密度下其首圈放电比容量为733.1 mAh/g,经100圈充放电循环测试后放电比容量仍稳定在539.1 mAh/g,表明含BTO的硫碳复合电极材料具备相对优良的电化学性能。为进一步提高锂硫电池正极材料的倍率性能。以简单CoS2/MCHS修饰隔膜方式引入锂硫电池正极材料中,利用CoS2强化学极性吸附多硫化物且加速多硫化物的转化。在1.0 C倍率下其初始放电比容量为1085.6 mAh/g,经过500圈超长电化学循环测试后放电比容量仍稳定在649.5 mAh/g。含CoS2/MCHS修饰隔膜的硫碳复合正极材料表现出优良的倍率性能和优异的电化学稳定性,具有潜在的商用前景。

文章来源：《低温物理学报》 网址: http://www.dwwlxbzz.cn/qikandaodu/2021/1110/578.html