锂硫电池含硫正极材料及电化学阻抗特性研究

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1、中图分类号UDC硼Ⅵ911600硕士学位论文学校代码密级10533锂硫电池含硫正极材料及电化学阻抗特性研究Researchonsulfur-containingcathodematerialsandelectrochemicalimpedanceforlithium／sulfurbatteries作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：邓兆丰冶金工程材料冶金冶金与环境学院刘业翔院士张治安副教授答辩委员会主席中南大学2013年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外

2、，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：旦年三月旦日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，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、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。期：丝妄争锂硫电池含硫正极材料及电化学阻

3、抗特性研究摘要：锂硫电池是一种具有发展潜力的下一代二次电池。它具有能量一密度高、资源丰富、环境友好等优点。但是，由于硫和固态放电产物为电子绝缘体、中间产物易溶于电解液、充放电过程存在体积效应，锂硫电池面临活性物质利用率低、循环衰减快等问题。针对上述问题，本论文从含硫正极材料的制备及改性、制备工艺和电化学阻抗等角度开展了一些探索研究。具体工作内容和主要结论如下：(1)气相沉积碳纤维(VGCF)具有高导电性和大长径比，易形成三维导电网络。本文将VGCF作为载硫碳基体，并先通过KOH活化对VGCF进行造孔预处理得到aVGCF。结果表明，活化后aVGCF的比表面积和孔容增加，通过加热熔融硫能在

4、aVGCF的孔隙中均匀分散。由于aVGCF基体的高导电性、多孔结构和三维网络结构有利于传输电子、吸附聚硫锂并抑制残存硫化锂钝化层的形成，S-aVGCF复合正极表现出较优的电化学可逆性和活性物质利用率。(2)采用甲苯浸渍工艺对硫．活性炭(S．AC)复合材料进行处理，同时期望利用活性炭的强吸附能力将甲苯引入S-AC复合材料的孔隙中。结果表明，甲苯浸渍可以有效浸出硫、优化硫的分布；复合材料中有甲苯存在。尽管甲苯的引入使电极的电化学可逆性变差，但是不影响循环稳定性，并且甲苯的引入有利于高放电平台的反应，能显著提高复合材料的活性物质利用率。(3)采用电化学交流阻抗测试考察了锂硫电池在不同温度、不

5、同放电深度和不同循环次数下的阻抗行为，对其阻抗谱的半圆归属问题进行了探讨，并对锂硫电池的容量衰减机制进行了分析。结果表明，高频区的半圆与相间电接触及相应的电容相关，代表电极内部电子传输步骤；中频区的半圆与电荷转移阻抗(K)及相应的电容相关，代表反应场的电荷转移步骤。对阻抗谱进行解析可知，在放电过程、循环过程中各阻抗参数的变化规律不相同，其中Ik深受正极内部导电性和正极表面性质影响，心的增加是容量衰减的重要因素。图40幅，表4个，参考文献99篇。关键词：锂硫电池；复合正极材料；气相沉积碳纤维；甲苯；阻抗分类号：TM911IIResearchonsulfur-containingcatho

6、dematerialsandelectrochemicalimpedanceforlithium／sulfurbatteriesAbstract：Thelithium／sulfur(Li／S)batteryisapromisingnextgenerationrechargeablebatteryduetoitshi曲theoreticalspecificenergy．Inaddition，sulfurasacathodeactivematerialisnon-toxic，naturallyabundantandenvironmentallybenign．However，thepract

7、icalrealizationofLi／Sbatterieshasmethugechallengesincludinglowutilizationofactivematerialsandrapidcapacityfadingbecauseoftheinsulatingnatureofsulfurandsoliddischargeproducts，thesolubilityofintermediaryproductsandvolumechange