锂硫电池正极用多孔材料_硫复合材料的制备及其电化学性能.pdf

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1、分类号密级锂硫电池正极用多孔材料/硫复合材料的制备及其电化学性能研究生姓名：李雪锋指导教师姓名、职称：胡忠良教授学科专业：冶金材料工程研究方向：电化学湖南工业大学二零一八年六月十五日分类号密级锂硫电池正极用多孔材料/硫复合材料的制备及其电化学性能PreparationofPorousMaterial/SulfurCompositesasCathodematerialforLithiumSulfurBatteryandtheirElectrochemicalPerformance研究生姓名：李雪锋指导教师姓名、职称：胡忠良教授副

2、指导教师姓名、职称：陈仕谋研究员学科专业：冶金材料工程研究方向：电化学论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学二零一八年六月十五日II湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的

3、规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日摘要清洁能源和可再生能源取代传统的石化能源，对人类社会的可持续发展起着至关重要的作用。锂硫电池作为一种清洁能源，具有高的理论比容量（1675mAh/g）和高能量密度（2600wh/kg），因此，近年来锂硫电池的研究已经在全世界范围内得到了高度关注。目前，锂硫电池在应用过程中有两个问题急需解决，一是由于在充放电的过

4、程中S与Li2S都是绝缘体；二是多硫化物的溶解在电解液中造成的穿梭效应。针对上述问题，本论文采用多孔材料复合硫作为锂硫电池正极材料，通过多孔材料对硫的束缚作用从而提高电池的性能。首先我们选用多孔泡沫镍进行研究，利用泡沫镍本身特性，通过易操作的物理方法将镍、硫和碳制备成三元复合材料的正极极片。其次我们又选取棉花作为碳源，通过一步法制备成硫氮双掺的多孔生物质碳纤维，对其进行了比表面积等表征。选取了高导电性及高比表面积的多孔碳纤维与单质硫进行复合，制备出锂硫电池正极材料。最后我们制备了沥青基多孔碳/硫复合材料。本研究通过XRD、SE

5、M、TEM、Raman、BET比表面积等测试方法测试了所制备的正极材料的成分及并且对其微观结构进行研究与分析。在揭示多孔材料/硫复合材料组织结构的基础上，进一步地对其作为锂硫电池正极材料进行了恒流充放电、交流阻抗测试等电化学性能测试。本论文的研究工作主要包括以下几个方面：（1）以多孔泡沫镍作为金属骨架，采用溶解析出、压制和涂碳的方法制备出高导电性、高负载硫的三元（镍、硫、碳）正极片。结果表明，2当复合材料中硫的含量为0.42mg/cm时，电池在1C倍率下，首次放电比容量为1415mAh/g，循环100次后放电比容量仍保留800

6、mAh/g，电池循环性能比较稳定。（2）以生物质棉花材料作为碳源，造孔剂为氢氧化钾，胱氨酸提供碳源和硫源，在高温环境中制备硫氮双掺的多孔碳纤维材料，并和单质硫进行复合。结果表明棉花与氢氧化钠的质量比为1:2，碳化温度为850℃2时所制备的硫氮双掺的多孔生物质碳纤维的比表面积为1696m/g，孔3容为0.84cm/g；在硫碳复合材料中硫与碳材料的比为1:1，复合材料在0.1C倍率下，首次放电比容量为1237mAh/g，再循环200次之后容量I为813mAh/g，库伦效率大于90%，其电化学性能远远高于以纯硫作为正极的电化学性能。

7、（3）制备了沥青基多孔碳材料。多种表征表明沥青基多孔碳上存在介孔和大孔，其比表面积大，吸附能力强，该材料具有三维孔道结构，且孔道高度有序、孔径尺寸可进行调控。在0.1C倍率下，沥青基多孔碳与硫复合，当硫与碳材料的质量比为1：1时，首次放电比容量为1096mAh/g，循环60次后放电比容量为612mAh/g。关键词：锂硫电池，正极材料，多孔材料，生物质碳纤维IIAbstractTomaintainthesustainabledevelopmentofthehumansociety,itplaysakeyroleforthecle

8、anenergyandrenewableenergytoreplacethethetraditionalfossilenergy.Asacleanenergy,lithium-sulfurbatterieshavehightheoreticalspecificcapacity