静电纺丝制备的碳纳米纤维在锂硫电池中的应用

摘要

随着时间的推移，经济爆发式增长与生活方式的进步，使得人们对于能源的需求急剧增涨，然而化石能源的日益减少和环境保护的压力，使得开发清洁可再生能源迫在眉睫。锂硫电池被认为有前景的新型二次电池之一，其压倒性的优势在于其理能量密度高达2600 Wh kg-1，是传统商用锂离子电池的五倍。然而，锂硫电池的天然缺陷限制了其应用，硫是绝缘体，必须将导电添加剂（例如碳）掺入电极。此外，反应过程中的中间产物多硫化物可溶于目前使用的液体电解质，在电池循环过程中会造成容量的不可逆损失。本文针对这些不足，通过设计锂硫电池正极结构以提升其电化学性能，具体内容为以下几个方面：
　　1、利用静电纺丝技术制备了PAN-CNT-GO型碳纳米纤维，与硫复合后作为锂硫电池正极材料，测试其电化学性能。结果表明，在2C倍率下循环200圈后，容量仍为240 mAh g-1，达到初始容量的65.1％，有着较高循环稳定性。
　　2、利用静电纺丝技术制备了PAN-CNT、PAN-PVP型碳纳米纤维，形貌表征表明，CNT的加入使得碳纳米纤维弯曲；PVP的加入使得纤维表面粗糙。将其作为锂硫电池中的隔膜，CMK-3为正极材料，进行电化学测试。在2 C倍率下初始容量为1197 mAh g-1，循环200圈的容量仍能达到804 mAh g-1。连续在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C、2 C和5C不同倍率下进行充放电测试，容量分别为1077 mAh g-1、889 mAh g-1、767 mAh g-1、694 mAh g-1、607 mAh g-1和423 mAh g-1，当倍率重新回到0.1 C时，容量仍能达到907 mAh g-1，说明PAN-PVP型隔膜能够大幅提升电池的循环稳定性能。
　　3、通过水热法合成了α-MnO2纳米线，通过形貌表征确认了其一维纳米线形结构，与硫复合后作为锂硫电池正极材料。电化学测试结果表明，在0.1 C倍率下初始容量为797 mAh g-1，循环25圈后，容量为591 mAhg-1。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 锂硫电池工作原理

1.3 锂硫电池正极材料研究进展

1.4 锂硫电池负极材料研究进展

1.5 锂硫电池隔层研究进展

1.6 静电纺丝原理及其在锂硫电池的应用

1.7 本论文的研究目的和内容

第二章 实验仪器和方法

2.1 实验试剂及仪器

2.2 材料的分析表征技术及设备

2.3 电池的组装及性能测试

第三章 静电纺丝法制备碳纳米纤维锂硫正极材料及电化学性能研究

3.1 前言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 静电纺丝法制备碳纳米纤维锂硫电池隔膜及电化学性能研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 水热法制备α-MnO2纳米线锂硫正极材料及电化学性能研究

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 论文研究的创新性

6.3 工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文与研究成果

致谢