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

作     者：于帆 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄雅钦

授予年度：2018年

学科分类：0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：聚乙烯亚胺 鱼鳞基多孔炭 锂-硫电池 隔膜涂层 

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 494.86 g/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(0.04 mg/cm2)且浸润性和机械性能优异。在0.1 C的放电倍率下,上放电平台的初始放电比容量达到了 341.9 mAh/g,达到了理论值(419mAh/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638.1 mAh/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。