多孔有机骨架材料的制备及其在锂硫电池中的应用

论文摘要

锂硫电池具有高的理论比容量（1675 mAh g-1）和能量密度（2600 Wh kg-1）及硫储量丰富、成本低,是最有应用前景的下一代储能体系。然而,锂硫电池中硫的导电性差和生成的中间产物多硫化物导致的穿梭效应制约了锂硫电池的实际应用。选用导电的多孔材料作为硫的宿主材料可有效提高锂硫电池的性能,本论文主要探索具有不同结构的多孔芳香骨架材料（PAFs）在锂硫电池中的应用,研究内容和结果如下:1.以三苯胺为单体,通过AICl3催化的肖尔反应合成了具有多级孔结构的含氮多孔芳香骨架材料PAF-41。载硫量高达72 wt%的SPAF-41复合材料表现出良好的倍率性能和优异的循环性能,在0.5 C下的首次放电比容量为725.8 mAh g’,循环500圈后,可逆容量维持在491.4 mAh g-1,每圈的容量衰减率为0.06%。同时,共轭电子结构赋予PAF-41良好的导电性,SPAF-41的库仑效率高达97.36%。2.以哌嗪和三聚氯氰为单体,在K2CO3的催化作用下合成了具有多级孔结构的含氮多孔芳香骨架材料PAF-6。经过500℃热处理,得到多孔碳材料CPAF-6。分别以PAF-6和CPAF-6作为硫的宿主材料,得到SPAF-6和SCPAF-6复合材料。电化学测试结果表明,相对于SPAF-6,SCPAF-6电极材料表现出更好的倍率性能和长循环性能。在0.5 C的电流密度下,载硫量为49.2 wt%的SCPAF-6的首次放电比容量为751.2 mAh g-1,循环300圈后,放电比容量可保持在474.3 mAh g-1,库仑效率为96.78%,每圈的容量衰减率为0.123%。3.选用碳化的PAF-6（CPAF-6）作为硫的宿主材料,通过熔融扩散的方法制备了S1-xSex/CPAF-6（x≤0.1）复合材料。电化学阻抗结果表明随着电极材料中硒含量的增加,电极材料的导电性也相应增加。活性物质含量为43.98 wt%的S0.9Seo.1/CPAF-6复合材料具有较好的倍率性能和长循环性能。在1 A g-1的电流密度下,该复合材料首次放电比容量为1225 mAh g-1,循环400圈后,库仑效率为99.86%,每圈的容量衰减率为0.162%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 锂硫电池体系概述
•     1.2.1 锂硫电池结构和工作原理
•     1.2.2 锂硫电池存在的主要问题
•   1.3 锂硫电池的研究进展
•     1.3.1 正极结构的设计
•     1.3.2 隔膜
•     1.3.3 锂负极
•     1.3.4 电解液
•   1.4 锂硒电池研究进展
•   1.5 多孔有机骨架材料
•   1.6 本论文的研究意义及研究内容
• 第二章 实验部分
•   2.1 实验试剂
•   2.2 实验仪器
•   2.3 材料的物理性能表征
•   2.4 电极的制备与纽扣电池的组装
•   2.5 电化学性能表征
•     2.5.1 恒流充放电测试
•     2.5.2 循环伏安法
•     2.5.3 交流阻抗测试
• 第三章 多孔芳香骨架材料PAF-41的制备及锂硫电池的性能研究
•   3.1 引言
•   3.2 硫-多孔芳香骨架PAF-41复合材料的制备
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 硫-多孔芳香骨架PAF-41复合材料的形貌分析和结构表征
•     3.3.2 硫-多孔芳香骨架PAF-41复合材料的电化学性能研究
•   3.4 本章小结
• 第四章 多孔芳香骨架材料PAF-6的制备及锂硫电池的性能研究
•   4.1 引言
•   4.2 硫/多孔芳香骨架PAF-6正极材料的制备
•     4.2.1 硫-多孔芳香骨架PAF-6复合材料的制备
•     4.2.2 硫-碳化的多孔芳香骨架PAF-6复合材料的制备
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 硫/多孔芳香骨架PAF-6正极材料的形貌分析和结构表征
•     4.3.2 硫/多孔芳香骨架PAF-6正极材料的电化学性能研究
•   4.4 本章小结
• 1-xSe_x/碳化的PAF-6（x≤0.1）的制备及锂硫电池性能研究'>第五章 S_1-xSe_x/碳化的PAF-6（x≤0.1）的制备及锂硫电池性能研究
•   5.1 引言
• (1-x_Se_x/CPAF-6（x≤0.1）复合材料的制备'>  5.2 S₍1-x_Se_x/CPAF-6（x≤0.1）复合材料的制备
•   5.3 结果与讨论
• 1-xSex/CPAF-6（x≤0.1）复合材料的形貌分析和结构表征'>    5.3.1 S_1-xSex/CPAF-6（x≤0.1）复合材料的形貌分析和结构表征
• 1-xSex/CPAF-6（x≤0.1）复合材料的电化学性能研究'>    5.3.2 S_1-xSex/CPAF-6（x≤0.1）复合材料的电化学性能研究
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王骞

导师: 赵永男

关键词: 含氮材料,多孔芳香骨架材料,硒掺杂,锂硫电池

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 材料科学,电力工业

单位: 天津工业大学

分类号: TM912;TB383.4

总页数: 77

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