硫碳正极与聚偏氟乙烯复合隔膜在锂硫电池中的应用研究

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1、硕士学位论文硫碳正极与聚偏氟乙烯复合隔膜在锂硫电池中的应用研究SULFURCARBONCATHODEANDPOLYVINYLIDENEFLUORIDECOMPOSITESEPARATORFORLITHIUM-SULFURBATTERY林扬森哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：577密级：公开工学硕士学位论文硫碳正极与聚偏氟乙烯复合隔膜在锂硫电池中的应用研究硕士研究生：林扬森导师：邱业君副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳

2、研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D.C:577AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringSULFURCARBONCATHODEANDPOLYVINYLIDENEFLUORIDECOMPOSITESEPARATORFORLITHIUM-SULFURBATTERYCan

3、didate：LinYangsenSupervisor：AssociateProf.QiuYejunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnol

4、ogy摘要摘要随着世界人口不断增加，人类对能源的需求也不断增加，大力发展可持续能源具有重要意义。锂硫电池是一种新型储能电池，其以硫碳材料作正极，具有极高的比容量（理论值为1672mAh/g），且硫成本低廉、环境友好、对人体基本无害，因此锂硫电池有巨大的发展前景，近年来成为研究热点，备受关注。本论文针对多硫化物穿梭引起的容量衰减问题，采用静电纺丝制备纳米纤维膜，然后进行复合制得了新型隔膜材料，应用于锂硫电池，提高了其循环容量和循环性能。本论文还对这种新型隔膜材料的结构和性能间的关系进行了研究。具体

5、工作如下：锂硫电池正极材料对电池的性能具有很大影响，为了更好的研究隔膜的性能，首先，本论文对正极材料进行了研究，选用几种不同结构的碳材料（CNF、SPC、CMK3及SuperP）分别与升华硫在球磨及热处理下复合制备碳硫正极材料，并进行测试与分析。结果表明，其中S/CMK3复合材料的电池性能表现要更为优异，具有优良导电性和比表面积的碳材料不仅可以改善硫单质的导电性，同时，适当比表面积的碳材料可以有效吸附硫单质并为硫的体积膨胀提供空间，从而提高电池的循环稳定性能。针对锂硫电池存在硫离子穿梭的问题，本

6、文中设计出了夹层结构的PVDF/PSSLi/PVDF复合隔膜，借助静电纺丝纤维良好的成膜性能和纤维间隙空间，本文利用SO2-2-3基团的阻硫原理，通过添加SO3基团来对薄膜进行改性，并研究该复合隔膜的材料与结构以及它们对锂硫电池电化学性能的影响。同时，本论文对不同的隔膜进行物相和电化学表征并进行对比，研究了隔膜对电解液中锂离子、硫离子和有机分子的影响及各项参数对应电化学性能的关系。通过测试表明：该复合隔膜具有良好的力学性能和热稳定性，SO2-3基团的修饰及其致密的结构能有效抑制多硫化物的穿梭效应

7、，提高电池的循环稳定性能，PVDF/PSSLi/PVDF复合隔膜的电池初始容量在1194mAh/g，循环50次后容量保持在701.1mAh/g，每一次循环的衰减率在0.82%；而商业隔膜的初始容量在984.5mAh/g，循环50次后容量保持在465.5mAh/g，每一次循环的的衰减率在1.1%。说明PVDF/PSSLi/PVDF复合隔膜可以阻挡多硫离子的穿梭效应，具有较好的离子选择性能，在锂硫电池的应用中可以提高电池的循环稳定性能。关键词：锂硫电池隔膜；静电纺丝；离子交换膜;硫碳正极材料IAbs

8、tractAbstractAstheworld'spopulationcontinuestoincrease,thedemandforenergyfrommankindhasalsobeenincreasing.Itisofgreatsignificancetovigorouslydevelopsustainableenergy.Lithium-sulfurbatteryisanewtypeofenergystoragebatterywhichusessulfur-carbonmateriala