新型锂电池正极含硫复合材料的研究

摘要

本文首次采用化学方法研制了含硫复合材料并以其作为二次锂电池用的正极材料；采用倒相法制备了二次锂电池用的聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物(PVDF-HFP/SiO2)隔膜；并研究了它们对二次锂电池电化学性能的影响。研究的主要内容如下： 1.讨论了不同条件对含硫丙烯腈聚合反应转化率的影响，如考察了单体的质量百分数、反应时间、分散剂用量、搅拌速率、混合溶剂配比等对聚合反应的影响。 2.通过元素分析、红外光谱、XPS能谱、XRD分析、DSC/TG分析、扫描电镜等多种现代分析手段表征了复合材料的结构和成分，并研究了单质硫催化聚合物脱氢硫化反应的机理。 3.将制备的含硫复合材料制成正极，以金属锂为负极组装成二次锂电池，研究了复合材料在不同放电机制下的比容量、循环性能等电化学性能，并初步探讨了电池的循环伏安曲线以及电池容量损失的原因。 4.采用倒相法制备了二次锂电池用的聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物(PVDF-HFP/SiO2)隔膜，测定了它的吸液率、电导率、机械强度等性能，并通过扫描电镜对其形貌进行了分析。 结果表明含硫复合材料中既含有C-S键又有高分散的单质硫存在。其热稳定性良好。以此作为二次锂电池的正极材料，具有较高的首次放电比容量。含硫41wt％的复合材料首次放电比容量700mAh/g，硫的利用率达到95％以上，40个循环之后其比容量还有320mAh/g，含硫54wt％的复合材料首次放电比容量为890mAh/g，硫的利用率达到98.6％，40个循环之后其比容量还有300mAh/g。 研究结果表明，PVDF-HFP/SiO2隔膜具有较高的吸液率、电导率和韧性：吸液率达184.4％、室温电导率为1.20mS/cm、断裂伸长率高达163％。利用PVDF-HFP/SiO2隔膜装配的二次锂电池的首放比容量为834.8mAh/g(含硫54wt％)，第40次的放电比容量达到400mAh/g，循环效率达到99.8％以上，表现出良好的电化学性能。

目录

文摘

英文文摘

北京化工大学学位论文原创性声明

第一章文献综述

第二章实验部分

第三章结果与讨论

3.1含硫聚丙烯腈的合成

3.2含硫复合材料的结构分析

3.3复合聚合物隔膜的结构表征

3.4含硫复合材料电化学性能的研究

3.5多孔隔膜的电化学性能

第四章结论

参考文献

附图

致谢

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