以γ-PGA为粘合剂改善硫正极性能的研究
便携式移动电子设备产业链发展迅猛，二次锂离子电池已难以满足其高能量密度的需求。目前，人们把目光投向了具有高能量密度的锂-硫电池（理论体积能量密度可达2800Wh·L-1），且因单质硫价格低廉和环境友好的特点，锂-硫电池已成为最受欢迎的下一代储能体系。然而，活性物质硫的绝缘性、穿梭效应、正极在充放电过程中体积应变等问题造成电池正极硫/碳比低、循环寿命短等一系列问题，严重阻碍了锂-硫电池的商业化进程。考虑到γ-聚谷氨酸分子链上功能性官能团可以与多硫化锂之间发生强烈的相互作用，有望实现抑制电池的穿梭效应，改善锂-硫电池性能。本论文以γ-聚谷氨酸为硫正极多功能粘合剂，开展了提高锂-硫电池性能的系统研究工作，主要研究内容包括: 首先，成功地将新型水性粘合剂γ-PGA引入到锂-硫电池中，提高了硫正极的电化学性能。研究结果表明，与PVDF和LA132所制备硫正极对比，用γ-PGA所制备的硫正极在电池循环过程中表现出良好的稳定性。 其次，在硫正极的含硫量为70wt％时，探究了γ-PGA含量对电池循环性能的影响。结果表明，硫正极中γ-PGA粘合剂量为7wt％，其首次放电比容量较高，循环80次后，正极的容量保留率为73.4％。探究了γ-PGA为粘合剂的正极高性能化机理，γ-PGA可以有效抑制充放电过程中所产生的长链多硫化锂的溶解，正极具有高的离子电导率和电子电导率。在高电流密度下，正极仍然具有良好的反应动力学行为。 最后，以γ-PGA为粘合剂成功地制备了含硫量高达77wt％的硫正极。在0.5C的电流密度下，PGA正极首次放电比容量为915.6mAh·g-1，循环100次后，容量保持率为65.6％，放电比容量仍有600.4mAh·g-1，具有高的循环性能稳定性。
锂-硫电池;硫正极;γ-聚谷氨酸;粘合剂;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
黄雅钦
2017
中文
TM912;TM910.3
93
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）