锂硫电池含硫材料及电化学阻抗特性研究

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1、锂硫电池含硫材料及电化学阻抗特性研究1绪论1.1引言随着社会的发展，电池储能扮演着越来越重要的角色。一方面，国民经济生活水平的提髙使、笔记本电脑等电子产品成为了人们生活的必需品，而这些产品都离不开电池的应用。另一方面，随着能源短缺和环境污染等问题日益突出，发展再生能源和电动汽车已成为国际趋势。但是，可再生能源存在不稳定、不可控等问题，需要经济可行的储能电池配套使用；电动汽车的发展也受制于电池技术，在短期内难以实现。作为目前最为成功的储能装置之一，已问世20多年的锂离子电池以其能量密度高、自放电率低、循环寿命长、无记忆效

2、应等特点，在各类便携式电子器件上得到了广泛的应用，并且随着电池技术的不断革新，裡离子电池的应用领域正朝着电动汽车动力迈进。然而,受到正负极材料自身储裡容量(如石墨为372mAhg-i，LiCoO!的为274mAhg-、LiFeP04的为176mAhg.、LiMnsO#的为148mAhg_i)的限制⑴，锂离子电池的比容量和能量密度难有大幅度的提升，难以满足电动车和未来移动电子设备的要求。因此，人们将目光转向新的正极材料或者二次电池体系以期望获得更髙的能量密度。在各种二次电池中，锂硫电池被认为是最具吸引力的下一代二次电池之

3、一》它的理论比容量高达1675mAhg_i,理论能量密度为2600P)为溶剂，研磨成具有一定粘度的衆料后涂覆在粗糖招箱上，然后放入真空干燥箱于60°C下干燥。将其切成直径为1cm的极片。扣式电池CR-2025的组装在氧分压和水分压低于1ppm的手套箱中进行。采用自制电解液、Celgard-2400隔膜，以锂片为负极。循环伏安测试是以恒定的扫描速率在特定的电位区间进行循环扫描。由于不同的电化学反应平衡电位不同，出现氧化峰和还原峰的位置也就不同。若电化学反应的可逆性好，则氧化峰和还原峰的峰形和峰高表现出好的一致性，

4、若可逆性差则两个峰的对应性较差。本文第四章和第四章釆用PARSTAT2273电化学工作站对电池进行循环伏安测试。交流阻抗测试是一种以小振幅的正弦波电流或电位为扰动信号的电化学分析方法当釆用一个角频率为CO的小振幅正弦波电流信号对一稳定的电化学系统进行扰动，相应地电极电位作出角频率为CO的正弦波响应，此时的电化学系统的频响函数即为电化学阻抗。在一系列不同角频率下测得的一组频响函数值就是电化学系统的电化学阻抗谱。通过所得到的频率范围很宽的阻抗谱可以得到电极反应及电极过程的信息，如从阻抗谱的时间常数的个数、频率和数值可以推测

5、具体电化学体系下的主要电极过程（例如传质过程、反应过程）。交流阻抗测试可以得到阻抗复平面图和波特图，根据电化学研究中的习惯，在本文中的阻抗谱均是阻抗复平面图。电化学阻抗谱的主要研究方法是等效电路法。通过用一些电学元件以及电化学元件构成一个等效电路，使得这个电路的阻纳频谱与测得的电化学阻抗谱相同，等效电路法具有具体直观等优点。本文第三章和第五章釆用PARSTAT2273电化学工作站对电池进行阻抗测试，频率范围为100kHz~10mHz,幅值为5mV。阻抗谱用Zview软件拟合分析。3硫-气相沉积碳纤维复合材料的制备及其电

6、化学性能.........173.1引言........173.2实验........173.2.1材料制备........173.2.2电化学性能测试........183.3材料性能分析........183.4电化学性能分析........223.5本章小结........284甲苯浸渍工艺及甲苯对硫-活性炭复合材料........294.1引言........294.2实验........294.3甲苯浸渍工艺及材料性能分析........304.4甲苯对硫-活性炭复合材料电化学行为........354.5本

7、章小结........385锂硫电池的电化学阻抗特性研究........405.1引言........405.2实验........405.3锂硫电池阻抗模型........415.4首次放电过程阻抗谱解析........465.5循环过程阻抗谱解析及容量衰减分析........485.6本章小结........515锂硫电池的电化学阻抗特性研究及容量衰减分析5.1引言与传统锂离子电池的电化学嵌入反应不同，裡硫电池的电化学反应是发生在导电基体/电解液界面的电子传递反应，并且在充放电过程中会发生相的变化。固态的硫在放电过

8、程先被还原为可溶的聚硫锂（Li2S,4<n<8),再进一步被还原成固态的LizS和Li2S2,而氧化过程还原产物又可被氧化成长链的聚硫锂[2]。因此，锂硫电池的电极过程要比传统锂离子电池复杂。目前，锂硫电池电化学阻抗分析方面的文章很少大部分是基于所得到的现象进行定性分析，并且锂硫电池阻抗谱半圆的归属问题存在争议。一些文