聚吡咯包覆s_c纳米正极材料制备及电化学性能研究

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1、学校代码10530学号201510131337分类号TB383密级硕士学位论文聚吡咯包覆S/C纳米正极材料制备及电化学性能研究学位申请人胡人文指导教师雷维新学院名称材料科学与工程学科专业材料工程研究方向新能源材料与器件二零一八年五月PreparationandElectrochemicalPerformanceofPolypyrroleCoatedSulfur/CarbonNanoCathodesCandidateRenwenHuSupervisorsWeixinLeiCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterials

2、EngineeringSpecializationNewEnergyMaterialandDevicesDegreeMasterofAcademicUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要摘要锂硫电池具有远高于已商业化应用的锂离子电池能量密度，受到研究者的青睐。然而，活性物质硫导电性较差、循环过程中伴随着较大的体积变化以及多硫化物易溶于电解液等缺点，导致现阶段锂硫电池的实际应用受到极大的制约。针对硫正极以上缺陷，本文一方面选择导电性良好的乙炔黑(AB)和多壁碳纳米管(MWCNTs)材料，提升硫/碳复合材料的导电性，增强材料的倍率性能；另一方面，在

3、碳/硫复合材料表面包覆一层聚吡咯(PPY)，从而有效缓解充放电过程中体积变化和穿梭效应。最终从改善硫的导电性与降低多硫化物溶解两个角度共同入手来提升锂硫电池正极材料的电化学性能。论文具体研究内容与主要结论如下：(1)采用物理硫沉积法制备了乙炔黑/硫(AB/S)复合材料，探究不同硫含量对正极材料结构和电化学性能的影响。结果表明，在硫含量为50%，放电倍率为0.2C时，循环100次比容量仍有740mAh/g；为了加强乙炔黑对多硫化物的吸附性能，对AB进行酸处理改性，增大比表面积的同时，在其表面引入羧基、羟基等含氧基团，并将其与硫复合，并表征其电化学性能。结果表明，酸处理改性后的AB/S正极在0

4、.2C倍率下，循环100次正极材料的放电比容量为783.5mAh/g，比容量提高了43.5mAh/g；为了进一步改善正极材料的电化学性能，在AB/S复合材料表面包覆一层PPY，表征其电化学性能发现：在0.2C倍率下，循环100次后比容量仍有884.5mAh/g。在包覆PPY层之后，复合材料的电化学性能得到了较大提升。(2)采用性能更加优异、吸附性相对更好的碳纳米管作为载体，制备碳纳米管/硫(MWCNTs/S)复合材料，并探究不同硫含量对正极材料结构和电化学性能的影响。结果表明，在硫含量为50%，放电倍率为0.2C时，循环100次后正极材料放电比容量为668.3mAh/g；对MWCNTs/S

5、正极材料酸处理改性后，结果表明，在硫含量为50%，0.2C倍率下，循环100次后比容量仍有715.2mAh/g；为了进一步提高正极材料的循环稳定性，在MWCNTs/S正极材料表面包覆一层PPY。结果表明，在0.2C倍率下，循环100次后，放电比容量仍高达986.3mAh/g。复合材料电化学性能得到较大改善，主要原因在于MWCNTs与PPY的协同作用，相比乙炔黑，碳纳米管具有更好的导电性和吸附性。关键词：锂硫电池；正极材料；包覆；聚吡咯IAbstactAbstractLithium-sulfurbatteriesarefavoredbyresearchersforitshigherenerg

6、ydensitythanlithium-ionbatterieswhichhavebeencommerciallyappliedinthemarket.However,thepracticalapplicationofthelithium-sulfurbatteryatthecurrentstagehasbeengreatlyrestrictedbecauseofthosedisadvantagesinthepoorreactivityoftheactivematerialsulfur,thelargevolumechangesduringthecycleandthesusceptibil

7、ityofthepolysulfidetobeeasilydissolvedintheelectrolyte.Ontheonehand,forthosedisadvantages,thispaperselectsthewell-selectivelyconductiveacetyleneblack(AB)andmulti-walledcarbonnanotubes(MWCNTs)materialstoimprovethe