單質硫的理論比容量為1675 mAh g-1,同時具有資源豐富、價格低廉、環境友好等優點,與金屬鋰構成鋰硫電池,其理論能量密度高達2600Wh kg-1。因此鋰硫電池被認為是最具發展前景的可充電電池體系之一。然而單質硫的電絕緣性、多硫化物溶解穿梭等問題導致鋰硫電池活性物質利用率低、電池循環壽命短,嚴重限制了鋰硫電池的商業化生產應用。本論文通過設計制備具有特殊結構碳材料作為載硫基體,制備新型碳/硫復合正極材料來改善鋰硫電池性能。主要研究內容和結果如下：(1)以石墨烯為形貌導向材料,通過水熱反應和氫氧化鉀輔助高溫碳化的方法,制備出夾層結構等級多孔碳納米片材料作為載硫基體。包覆在石墨烯表面的多孔碳層保證硫的高負載量和均勻分布,內部的石墨烯層保證復合材料的高電導率。通過熔融擴散的方法制備碳/硫復合正極材料應用于鋰硫電池,具有較好的電化學性能,0.5 C首次放電比容量達到1291.5 mAh g-1,循環100次后放電比容量超過650 mAh g-1.(2)通過靜電吸附的方法,在介孔碳/硫(CMK-3/sulfur)表面自組裝均勻包覆了15-20nm厚度的石墨烯保護層。經過300℃熱處理后,硫均...

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰硫電池概述
        1.2.1 鋰硫電池的結構
        1.2.3 鋰硫電池的工作原理
    1.3 影響鋰硫電池性能的主要因素
        1.3.1 單質硫和放電產物的電絕緣性
        1.3.2 中間產物多硫化鋰(Li₂S_n)的溶解及穿梭效應
        1.3.3 硫電極循環中的體積應變
    1.4 含單質硫正極材料的研究進展
        1.4.1 硫/碳復合材料
            1.4.1.1 多孔碳
            1.4.1.2 碳納米管/碳納米纖維
            1.4.1.3 石墨烯/氧化石墨烯
            1.4.1.4 混合碳材料
        1.4.2 硫/導電聚合物復合材料
            1.4.2.1 硫/聚吡咯復合材料
            1.4.2.2 硫/聚苯胺復合材料
            1.4.2.3 其他硫/聚合物復合材料
        1.4.3 氧化物添加/包覆
    1.5 LI₂S正極材料研究進展
    1.6 鋰硫電池負極材料研究進展
        1.6.1 金屬鋰負極的防護
        1.6.2 無金屬鋰負極
    1.7 選題依據和主要研究內容
第二章 實驗方法和設備
    2.1 實驗試劑與設備
        2.1.1 化學試劑
        2.1.2 儀器和設備
    2.2 材料表征
        2.2.1 材料成分物相分析
        2.2.2 材料微觀形貌分析
        2.2.3 材料微觀結構分析
        2.2.4 材料熱重分析
        2.2.5 材料比表面積和孔徑分布分析
        2.2.6 材料表面電荷性質測試
    2.3 材料電化學性能測試
        2.3.1 電極片的制備
        2.3.2 電池裝配
        2.3.3 恒電流充放電測試
        2.3.4 循環伏安測試
        2.3.5 電化學阻抗譜測試
第三章 夾層結構等級多孔碳納米片的制備及在鋰硫電池中的應用
    3.1 引言
    3.2 材料的制備
        3.2.1 夾層結構等級多孔碳納米片的制備
        3.2.2 SHPC/S復合材料的制備
    3.3 材料的結構和形貌分析
        3.3.1 SHPC材料的形貌和結構分析
        3.3.2 SHPC/S復合材料的形貌和結構分析
    3.4 電化學性能測試
    3.5 本章小結
第四章 石墨烯包覆介孔碳/硫復合正極材料的制備與電化學性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料的制備
        4.2.1 介孔碳CMK-3以及原始CMK-3/sulfur復合材料的制備
        4.2.2 rGO@CMK-3/sulfur復合材料的制備
    4.3 材料的結構和形貌分析
    4.4 電化學性能測試
    4.5 本章小結
第五章 結論
參考文獻
致謝
個人簡歷
攻讀學位期間發表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3993717