高比容量锂硫电池电极材料的制备及性能改进的研究

摘要

锂硫电池的理论能量密度高达2600 Wh kg-1，作为最具竞争力的下一代可充电电池之一，锂硫电池引起了极大的关注。除了高能量密度外，硫单质作为锂硫电池的阴极还有自然界中储存丰富，成本低和无毒的优点，开发此类电池具有巨大的优势。但受现在研究水平和技术水平的限制，锂硫电池中现存的问题还无法得到彻底的解决，其中“穿梭效应”被认为是锂硫电池实际应用的主要障碍之一，可导致锂硫电池容量的快速衰减和库仑效率低。
　　本研究针对“穿梭效应”问题，提出并制备了多功能碳纸和新型凝胶聚合物电解质（PEGPE），从而显著改善了锂硫电池性能。
　　（1）针对“穿梭效应”，研究了多功能碳纸阻隔层。以导电剂和金属氧化物混合材料为涂层修饰的碳纸制备多功能碳纸阻隔层，将其插在正极和隔膜之间，作为溶解的多硫化物阻挡层。配备多功能碳纸阻隔层的锂硫电池展现出优异的长循环性能（0.5 C下，初始放电比容量1250 mAh g-1，400次循环后放电比容量为900 mAh g-1），通过扫描电镜和元素分布图谱分析，证明了多功能碳纸阻隔层对多硫化物具有阻挡作用。
　　（2）为解决“穿梭效应”问题，本文研究并制备了一种新型凝胶电解质PEGPE来替代锂硫电池中传统的液态电解质。该凝胶电解质以聚乙烯（PE）隔膜为支撑体，通过季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）与己二酸乙烯基酯（Ester）聚合形成。以PEGPE为电解质的锂硫电池显示出优异的循环稳定性，在0.5 C电流密度下300次循环后，保持343 mAh g-1可逆放电比容量，同时具有高于92％的库仑效率。该锂硫电池的良好的循环性能主要源于PEGPE封闭多硫化物梭和非常稳定的电极与电解质的界面。

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 锂硫电池简介

1.3 锂硫电池研究进展

1.4 选题目的和内容

2 材料与方法

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 实验方法

2.4 材料物理性能的表征

2.4 电化学性能表征

3 多功能碳纸制备及其对锂硫电池性能的影响

3.1 引言

3.2 多功能碳纸夹层的优化过程

3.3配备碳纸夹层的锂硫电池制备及其性能研究

3.4 本章小结

4 基于富含酯基的新型凝胶电解质改善锂硫电池循环性能

4.1 引言

4.2 新型凝胶电解质的制备

4.3 基于新型凝胶电解质的锂硫电池的制备

4.4 电解质PEGPE组装锂硫电池的表征

4.5 本章小结

5结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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