發(fā)布時(shí)間：2018-11-05 14:09

【摘要】：鋰硫電池具有理論比容量高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為最有前景的下一代二次電池之一。硫正極材料作為鋰硫電池的重要組成部分，直接決定了鋰硫電池的性能。本論文通過對(duì)鋰硫電池正極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改性和制備一體化研究，得到了電化學(xué)性能較好的正極材料，為鋰硫電池的應(yīng)用研究提供了重要參考。 采用超聲輔助化學(xué)沉積法和真空抽濾法制備了石墨烯-硫(RGO-S)正極材料，研究了硫含量對(duì)RGO-S正極材料電化學(xué)性能影響。采用SEM、TEM、XRD、比表面積分析儀、電池測(cè)試儀和電化學(xué)工作站等對(duì)正極材料微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、比表面積、導(dǎo)電率與電化學(xué)性能進(jìn)行了表征和分析，探討了電極結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，，所制備的RGO-S正極材料具有石墨烯包覆硫的結(jié)構(gòu)、較高的比表面積和導(dǎo)電率。當(dāng)硫含量為26%時(shí)，0.1C倍率下，首次放電比容量可達(dá)1250mAh·g-1sulfur，50次充放電循環(huán)后仍保持598mAh·g-1sulfur。RGO包覆硫縮短了電子的傳輸路徑、提高了硫的反應(yīng)活性和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率；并且通過RGO的包覆和吸附作用限制了循環(huán)過程中間產(chǎn)物多硫化鋰的擴(kuò)散和遷移，減緩了穿梭效應(yīng)，使得電極材料具有較高的比容量、較好的循環(huán)性能和倍率性能。 利用經(jīng)酸化處理的碳纖維(FCNFs)對(duì)RGO-S正極材料進(jìn)行改性。采用化學(xué)沉積法制備了一維管殼狀FCNFs-S材料，并以之為前驅(qū)體制備了具有同軸包覆結(jié)構(gòu)的RGO-S-FCNFs正極材料，通過對(duì)FCNFs增強(qiáng)改性前后正極材料微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電率與電化學(xué)性能的表征和分析，探討了FCNFs對(duì)RGO-S正極材料的增強(qiáng)改性機(jī)制。研究結(jié)果表明，硫含量為33%時(shí)，1C倍率下，首次放電比容量可達(dá)745mAh·g-1sulfur，1500次充放電循環(huán)后保持273mAh·g-1sulfur，具有極好的高倍率長循環(huán)穩(wěn)定性。RGO和FCNFs的共同作用能夠有效提高RGO-S正極材料的電導(dǎo)率；RGO-S-FCNFs的同軸包覆能夠使得硫及其循環(huán)過程中間產(chǎn)物多硫化鋰被包夾在石墨烯和FCNFs之間，抑制了硫的團(tuán)聚，阻止了大顆粒硫的生成，降低了電極材料的內(nèi)部應(yīng)力和電荷轉(zhuǎn)移電阻，緩解了體積和穿梭效應(yīng)，從而高了RGO-S正極材料的比容量、循環(huán)性能和倍率性能。 采用水熱法和熱處理法制備了具有高硫含量和單位面積負(fù)載量的三維結(jié)構(gòu)FCNFs改性石墨烯-硫(3D-CGOS)正極材料。通過對(duì)FCNFs增強(qiáng)改性前后正極材料的微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電率與電化學(xué)性能的表征和分析，探討了FCNFs對(duì)3D-GOS正極材料的增強(qiáng)改性機(jī)制。研究結(jié)果表明，在硫含量為80%，單位面積硫負(fù)載量為11.9mg·cm-2時(shí)，F(xiàn)CNFs增強(qiáng)改性后3D-GOS正極復(fù)合材料2C倍率下的可逆放電比容量從0.5mAh·cm-2cathode提高到3.1mAh·cm-2cathode。FCNFs增強(qiáng)改性提高了3D-GOS材料導(dǎo)電性能，縮短了電子的傳輸路徑、提高了硫的反應(yīng)活性和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率；并通過吸附作用將循環(huán)過程中間產(chǎn)物多硫化鋰限制在三維結(jié)構(gòu)內(nèi)部，減緩穿梭效應(yīng)；FCNFs改性提高了三維石墨烯的機(jī)械性能，緩解了循環(huán)過程中的體積效應(yīng)，降低了電極材料的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而改善電極材料的比容量、循環(huán)性能和倍率性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 許曉雄;邱志軍;官亦標(biāo);黃禎;金翼;;全固態(tài)鋰電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2013年04期

本文編號(hào)：2312315