多孔碳材料在高比能锂硫、锂硒电池中的应用

摘要

单质硫作为正极材料，其理论比容量为1672 mAh g-1，和金属锂作为负极构成的锂硫（Li-S）电池理论能量密度高达2600 Wh kg-1，实际能量密度也有望达到传统锂离子电池的2-5倍；同时，单质硫还具有资源丰富、价格便宜和环境友好等优点。因此，锂硫电池被看作极具应用前景的下一代二次锂电池技术。和硫元素同主族的硒元素，作为正极材料，具有和硫相接近的体积能量密度，同时其电子导电性远远高于硫，因而具有更好的活性物质利用率和倍率性能，有可能被应用于一些对小型化和功率密度要求较高的特殊领域。本文针对锂硫电池和锂硒电池存在的问题，主要做了两个方面的工作：
　　（1）针对介孔碳和微孔碳在储硫方面的优势和劣势，设计了一种双正极结构，这一新型的结构将硫与微孔碳的复合物正极置于硫与介孔碳复合物正极和隔膜之间。通过这一结构设计，硫正极的循环稳定性得到显著的改善。和硫与介孔碳复合物单一正极相比，50周容量保持率由28％提高到了70%。
　　（2）制备了一种硒和微孔碳的复合物正极材料，并比较了该材料在醚类电解液和碳酸酯类电解液中的电化学特征，发现该硒碳复合材料在碳酸酯类电解液中实现的是“固-固”的转变机制，可以避免可溶性多硒离子的产生。因而碳酸酯电解液比醚类电解液更适合作为碳硒正极材料的电解液体系。该碳硒复合材料在0.5C的倍率下，首次可逆容量达到707 mAh g-1，100次循环的容量保持率为72.8%，库伦效率始终维持在100%左右，而且12C倍率下放电容量达到了335 mAh g-1。

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第一章 绪论

1.1 锂硫电池研究背景

1.2 锂硫电池的工作原理

1.3 锂硫电池存在的问题

1.4 锂硫电池正极材料

1.5 锂硫电池电解液及负极材料

1.6 锂硫电池隔膜

1.7 新型锂硫电池结构

1.8 锂硒电池及其正极材料

1.9 本论文立题依据及研究内容

第二章 实验方法与仪器

2.1 实验试剂及实验设备

2.2 材料测试与表征

2.3 电化学性能测试

第三章 双正极结构改善锂硫电池的循环性能及其机理研究

3.1 引言

3.2 硫/介孔碳和硫/微孔碳的合成

3.3 构建双正极结构

3.4 材料表征及电极结构表征

3.5 电化学性能表征

3.6 本章小结

第四章 基于碳酸酯类电解液的硒碳复合材料作为锂硒电池的正极

4.1 引言

4.2 硒/微孔碳复合物的合成

4.3 硒/微孔碳复合物材料的表征

4.4 电化学性能表征

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 未来展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的学术论文