多孔碳球的制备及其在锂硫电池隔膜中的应用研究
随着科技的快速发展，人们对于储能设备的要求不断提高，尤其是在新能源汽车电池的开发上，传统锂离子电池的容量已经到达极限，不能满足市场的需求。锂硫电池作为一种新型二次能源，凭借着环境友好和高理论比容量等特点广受关注。但锂硫电池中存在的诸多问题，如活性物质利用率低、正极材料的体积膨胀和多硫化物(LiPSs)的穿梭效应等都限制了其商业化的使用。为解决上述问题，本文在多孔碳球的合成基础上，通过两种改性方式对其进行修饰，并将修饰后的碳材料涂覆在商业聚丙烯(PP)隔膜表面，探索其对隔膜电化学性能和锂硫电池循环性能的影响。 首先，以多巴胺为氮(N)源和碳(C)源合成多孔碳微球(MCS);以九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)为铁源，通过煅烧浸渍过铁盐的碳微球，成功将铁元素掺杂在碳微球的内部。通过比较不同掺杂比的微球形貌和性能，确定最佳工艺参数，并将该铁、氮共掺杂碳微球(Fe/N@MCS)用于商业PP隔膜修饰。在0.2C电流密度下，初始放电容量高达1398.3mAh/g;在0.5C大电流密度下，初始放电容量仍然可达922.4mAh/g。 其次，通过水热法在聚多巴胺微球表面包覆一层二硫化钼(MoS2)，碳化后成功制备了一种花瓣状的二硫化钼@碳微球(MoS2@MCS)，经过MoS2@MCS复合材料修饰的PP隔膜具有良好的循环寿命和稳定的库伦效率。在0.2C电流密度下，初始放电容量达1187.3mAh/g，循环200圈后，库伦效率仍旧保持在98％以上，远高于商业PP隔膜。而在3C的倍率下，MoS2@MCS修饰PP隔膜的容量是商业隔膜的5倍以上。 在此基础上，以MoS2@MCS作为修饰材料，探究使用不同粘接剂对PP隔膜进行涂覆时对于电池性能的影响。当使用实验室自制三嵌段共聚物作为粘接剂时，修饰隔膜在循环后修饰层依旧保持完整结构，同时比传统粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)和水性聚丙烯酸(PAA)具有更优异的循环稳定性。
锂硫电池;聚丙烯隔膜;多孔碳球;表面修饰;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料工程
隋刚;马仲发
2020
中文
TM912;TM215.13
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）