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《昆明理工大学》 2018年
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锂硫电池用碳硫复合正极材料的制备及电化学性能研究

刘彬  
【摘要】:锂硫电池具有高的理论比能量密度(2600Wh?Kg-1)和理论比容量(1675mAh?g~(-1)),远高于商业化的锂离子电池。且电池正极所使用的材料单质硫的储量丰富、环保无污染、价廉易得,是一种极具发展前景的储能器件。然而,在室温下,单质硫几乎不导电,在反应的过程中硫体积膨胀较大。另外,电池在充放电的过程中生成的多硫化物易于溶于电解液,并且能够穿过隔膜在电池的正负极之间来回扩散,称之为“穿梭效应”。以上问题导致锂硫电池在循环的过程中硫利用率低、且容量衰减快。这些缺点严重阻碍了锂硫电池在商业化中的运用。针对上述问题,本论文从碳基材料入手,设计和制备了一系列碳/硫复合材料,并对其电化学性能进行了研究。本论文的主要研究内容有以下几个方面:(1)通过香蒲的热解和KOH活化制备香蒲活性炭。研究结果表明,所制备的香蒲活性炭的BET比表面积和孔容分别为1913.7 m2·g~(-1)和0.893 cm3·g~(-1),孔径主要为2nm左右的微、介孔。当用作锂硫电池正极材料时,香蒲活性炭的微、介孔可以高度地分散和负载非导电性的硫单质,并且可以有效地抑制多硫化物的穿梭效应;同时孔壁还可以较快地进行电子运输。因此,硫/香蒲活性炭复合材料具有较好的循环性能和倍率容量。在200mA?g~(-1)的充放电电流密度下,电池的最高放电比容量可以达到1255.1 mAh·g~(-1),经过100次循环后,放电比容量为663.3 mAh·g~(-1)。不同的倍率测试表明,1C的电流密度下,放电比容量可以达到611.2 mAh·g~(-1)。和硫电极相比,其电化学性能得到了显著的改善。(2)通过二氧化碳的镁热还原和还原产物的酸洗除杂制备碳纳米管。研究结果表明,所制备的碳纳米管的BET比表面积为1407.9 m~2·g~(-1),孔容为2.172 cm~3·g~(-1),孔隙主要为较大的介孔。当用作锂硫电池正极时,碳纳米管可以很好地分散和负载硫单质,并且可以较好地抑制多硫化物的穿梭效应。因此,硫/碳纳米管复合材料具有较好的循环性能。在200mA·g~(-1)充放电电流密度下,电池首次放电比容量高达1384.9 mAh·g~(-1)。经过100次循环后,放电比容量衰减到607.9mAh·g~(-1)。碳纳米管作为活性物质硫的载体使得电池具有高的放电比容量和较好的循环性能。和硫电极相比,其电化学性能得到了显著的改善。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM912

【参考文献】
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