抑制锂硫电池中多硫化物扩散的隔膜的研制和应用研究

作     者：陈兴发 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈培康

授予年度：2019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] 0702[理学-物理学] 

主      题：锂硫电池 穿梭效应 石墨烯 碳材料 

摘      要：随着社会的快速发展和人口的不断增长,人们对于可持续能源的需求逐渐上升。锂离子电池广泛应用在家用电器、智能手机、电脑以及电动汽车等等。由于传统锂离子电池的容量和能量密度低,远远满足不了人们对于高能量设备的需求,锂硫电池具有1675 mAh?g和2600 Wh?kg的比容量和能量密度,因此,锂硫电池引起了人们的关注。目前,锂硫电池的商业化发展受到了以下几大方面严重的阻碍:正极材料硫的导电性差、硫(密度2.07 g?cm)生成硫化锂(密度1.66g?cm)造成的体积变化以及多硫化物在电解液中的溶解。本文采用硫脲处理后的立体构造多孔石墨烯(SCMG)来作为硫的载体,并且结合TiO纳米管(TNT)生长在立体构造多孔石墨烯(SCMG)内孔中修饰商业隔膜,体现出了优异的电化学性能。此外,同样利用硫脲处理后的立体构造多孔石墨烯(SCMG)来作为硫的载体,通过一种简单的方法制备出另外一种多级纳米孔碳材料(HNCM)修饰商业隔膜。主要研究内容如下:(1)SCMG-TNT复合材料修饰商业隔膜在锂硫电池的研究SCMG的制备是通过阳离子交换树脂在Ni的催化作用下烧结生成的,然后通过一步水热法在碱性的条件下生成SCMG-TNT复合材料,该材料具有多级孔结构。在正极方面,由于SCMG表面的活性位点低,对于多硫化物的吸附能力较差,因此,利用硫脲对SCMG进行表面改性,提高表面的活性位点促进对多硫化物的吸附,得到SCMG。利用SCMG作为硫的载体(载硫量69 wt%和78 wt%),可以提高硫的导电性和表面吸附能力。同时,SCMG-TNT则是修饰商业隔膜(SCMG-TNT/PP),而SCMG/PP和PP作为对比样,在0.2C的电流密度下,SCMG-TNT/PP电池的第二圈容量高达1594 mAh?g,并且在0.5 C下,获得初始放电容量1502 mAh?g,循环100圈后还剩余710 mAh?g的高容量。(2)HNCM修饰商业隔膜在锂硫电池的研究将预处理后的阳离子交换树脂作为原材料,然后在KOH、PTFE和AlO处理下,高温生成了HNCM。利用HNCM修饰商业隔膜,并且使用SCMG作为硫的载体,HNCM中的微孔和介孔对于多硫化物的穿梭有一定的阻碍作用,并且大孔可以促进离子的传输和增强电解液对于隔膜的润湿性。在1 C下,首圈放电比容量高达978 mAh?g,循环300圈后还能获得532 mAh?g的放电比容量。