化工与环境学院-苗力孝-博士论文

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1、具有网络结构碳硫复合材料的制备及其电化学性能研究苗力孝2014年6月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540具有网络结构碳硫复合材料的制备及其电化学性能研究作者姓名苗力孝学院名称化工与环境学院指导教师杨裕生答辩委员会主席申请学位工学博士学科专业环境工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2014年6月Sulfur/CarbonCompositeCathodewithNet-workforLithiumSulfurbatteryResearchCandidateName：LixiaoMiaoSchoolorDepartment:En

2、vrionmentandEngineeringFacultyMentor:Prof.YushengYangChair,ThesisCommittee：Prof.DegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：EnvrionmentandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2014具有网络结构碳硫复合材料的制备及其电化学性能研究北京理工大学研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进

3、行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解北京理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可

4、以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要-1单质硫作为锂硫电池的正极材料时，其理论比容量高达1675mAhg，电池理论-1能量密度可达到2600Whkg，被认为是下一代高能量密度二次电池的最佳选择之一；由于单质硫与其放电产物导电性差一直影响着锂硫电池的实际比容量和循环性能，因此本文通过将硫与导电碳进行复合，制备了一系列的新的碳硫复合材料，并对其电化学性能以及放电机理做了一些探索性的研究；具体工作有以下几个方

5、面：（1）具有网络结构的核壳式碳/硫复合材料的制备及电化学性能研究。采用廉价的商业化乙炔黑为导电基本骨架，通过在乙炔黑表面接枝具有传导锂离子能力的PEG链，采用氧化还原法将硫原位沉积在接枝的乙炔黑表面，成功的合成出了一种高硫含量（82%S）的具有网络结构的核壳式碳/硫复合材料（P-AB@S）。具有导锂离子能力的PEG链穿插在硫的沉积层中，有利于改善材料的锂离子传导性，另外可伸缩的PEG链也有利于减少硫在放电过程中体积膨胀对材料结构的破坏，从而减缓活性硫与导电碳骨架的脱离，实现了高硫含量时仍能保持良好的循环性能。最后进行了电化学性能-2-

6、1测试，当极片硫含量为66%，极片载硫量为3mgcm时，在100mAg的电流密度-1下循环500次，比容量仍然可达577mAg；另外探索了通过导电聚合物PEDOT的二次包覆来提高高负载硫量时电池倍率性能的可行性。（2）具有导电网络的碳纤维布/硫复合材料的制备及性能研究；首次提出原位产生多硫离子改善锂硫电池循环性能的方法。利用废旧棉纤维布料通过简单的方法制备了整齐编织的空心碳纤维布，采用与硫共热的方法制备了高负载硫的碳纤维布/硫复合-2材料（CFC/S），将极片的硫负载量进一步的提高到了4～10mgcm，硫负载量是文-1献报道的2～5倍，

7、经过40次循环后放电比容量仍可达1000mAhg以上，硫的利用率提高到了约67%，实现了高硫负载量的同时有高的硫利用率。此外，当极片硫负载-2-2量达6.7mg·cm时，其面积比容量达到了7mAhcm以上，是目前文献报道的3倍以上。首次提出了通过原位产生多硫离子进入电解液中来提高锂硫电池循环性能的方法，并对其机理进行了初步的探讨。（3）具有导电网络结构的空心球型碳/硫复合材料。采用商业化的碳纳米管为导电材料，在PEG与表面活性剂的作用下，采用非模板法在溶液中一次合成了具有两I北京理工大学博士学位论文级结构的空心球型碳/硫复合材料（HSC

8、W@S）。空心球是由表面沉积硫后的碳纳米管通过紧密的互相缠绕而形成的。碳纳米管良好的导电性能使得该材料具有良好的倍率性能，同时特殊的空心结构，有足够的空间来缓解硫在放电后的体积膨胀对材料结构的破坏。HSCW