用聚乙烯亚胺改性鱼鳞基多孔炭修饰锂硫电池隔膜的研究

摘要

锂硫电池的比容量和能量密度的理论值比较高，近些年国内外大量的研究人员聚焦于此。但可溶性多硫化物在正负极间穿梭而引发的“穿梭效应”，导致其实际放电比容量和循环稳定性仍有待提升。本论文利用鱼鳞基多孔炭材料高比表面积和高度发达的孔结构，将富含胺基的聚乙烯亚胺负载在鱼鳞基多孔炭材料上，负载胺基的同时对孔隙进行填充，形成一种富含胺基的致密的材料，并用其修饰锂硫电池的隔膜，以物理阻挡和化学吸附相结合的方式，提高对多硫化物的捕获和固定，主要研究内容如下:
　　首先，探究使用聚乙烯亚胺改性鱼鳞基多孔炭材料及聚乙烯亚胺负载量对所得改性炭材料结构等性能的影响。发现随着聚乙烯亚胺负载量的增加，材料的氮元素含量增加，比表面积下降，能够达到的最大负载量为12.08％，比表面积为494.86g/cm3。
　　然后，为了研究聚乙烯亚胺改性鱼鳞基多孔炭材料对多硫化物的作用，设计制备了功能性隔膜涂层，质轻(0.04mg/cm2)且浸润性和机械性能优异。在0.1C的放电倍率下，上放电平台的初始放电比容量达到了341.9mA h/g，达到了理论值(419mA h/g)的81.6％，经过100次循环后，上放电平台的容量保持率为82.5％，充分证明了该涂层对多硫化物的吸附固定作用，提高了活性物质的利用率。同时，在1C下，在400次循环后放电容量仍能达到638.1mA h/g，平均每个充放电循环中的容量衰减仅为0.07％。
　　最后，通过交流阻抗测试对电池的充放电过程进行探究，发现用聚乙烯亚胺改性的鱼鳞基多孔炭修饰的隔膜能够有效的降低界面阻抗和电荷转移阻抗。这证明该改性隔膜不但可以有效地将多硫化物阻挡在正极侧，阻止其在负极表面形成绝缘层，而且改性后隔膜的浸润性被大大提升，使电子传导和离子传输更迅速。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 改性隔膜的研究进展

1．2．1 金属氧化物物改性

1．2．2 炭材料改性

1．3 生物质多孔炭改性的研究进展

1．3．1 活化法

1．3．2 表面修饰法

1．4 立题依据及研究内容

第二章 改性鱼鳞基多孔炭材料的制备

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．4 PEI改性鱼鳞基多孔炭材料的制备方法

2．2．5 表征方法

2．3 制备工艺对FPC的性能的影响

2．3．1 对FPC结构的影响

2．3．2 对FPC中氮元素的影响

2．4 PEI对PFPC的性能的影响

2．4．1 对PFPC表面形貌的影响

2．4．2 对PFPC结构的影响

2．4．3 对PFPC化学组成的影响

2．5 小结

第三章 改性鱼鳞基多孔炭材料在锂硫电池隔膜中的应用研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 正极极片的制备

3．2．4 隔膜涂层的制备

3．2．5 电池的组装

3．2．6 表征方法

3．3 改性鱼鳞基多孔炭修饰的隔膜的表征

3．3．1 改性隔膜的形貌分析

3．3．2 改性隔膜的浸润性分析

3．4．3 改性隔膜的稳定性分析

3．4 改性隔膜的电化学性能研究

3．4．1 循环伏安性能

3．4．2 循环性能

3．4．3 倍率性能

3．4．4 电化学阻抗

3．5 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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