活性炭改性锂硫电池隔膜的制备及其在锂硫电池中的应用

来源 :桂林理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suiyuehenji
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锂硫电池因其高达1675 mAh g-1的理论比容量和2800 Wh L-1的理论能量密度以及突出的输出功率,被认为有望满足高速发展的新能源电动汽车、电子信息产品对高性能电化学储能器件的要求。但一些问题仍然限制着锂硫电池的产业化发展如电池导电性能、倍率性能较差和循环寿命较短等。本论文主要采用对传统隔膜进行涂层改性的方法来提高电池的导电率和抑制“穿梭效应”。制备了三种隔膜改性涂层分别为活性炭/聚偏氟乙烯改性涂层(AC/PVDF)、活性炭/碳纳米管改性涂层(AC/CNT)、异丙醇/活性炭改性涂层(IPA/AC)。并采用氮气物理吸附仪测量AC、AC/CNT复合材料的表面积、孔容大小和孔径分布情况;采用扫描电镜测量这三种改性隔膜在循环前后的表面形貌并用能谱仪分析它们的元素分布情况;采用蓝电电池测试系统和电化学工作站对这三类电池进行一系列性能测试。1.采用机械研磨法制得AC:PVDF=7:1、8:1、9:1的涂层复合材料,用刮刀涂布技术制备得到AC-X(X=7,8,9)改性隔膜应用于锂硫电池中。研究发现当AC/PVDF质量比为9:1时电池拥有较突出的性能,特别是在0.2C下循环400次后该电池只有0.15%每环的容量衰减率,此外其放电平台最长,极化现象最弱,充电转移电阻最小。这是因为AC-9涂层在保证稳定结构的同时拥有优异的导电性能和最大的表面积,使隔膜对聚硫化物的抑制效果最佳。2.采用机械研磨法制得AC:CNT=7:1、8:1、9:1的涂层复合材料,用刮刀涂布技术制备得到AC/CNT-X(X=7,8,9)改性隔膜应用于锂硫电池中。研究发现AC/CNT-8涂层隔膜电池能够在0.2C下获得最高的首次放电容量,大小为1495 mAh g-1且经过200次循环后还能保持在742 mAh g-1,明显优于另外两种比例的改性隔膜电池。在变化的电流倍率下(0.2C→1C→0.2C),AC/CNT-8涂层改性隔膜电池的倍率性能性能也比较理想。这些可归因于AC/CNT-8改性涂层对聚硫离子的有效拦截以及对电池导电性能的提高。3.通过异丙醇溶液浸泡配合磁力搅拌的方法成功在活性炭中引入丰富的羟基官能团,然后将此IPA/AC复合材料作为隔膜改性涂层。采用X射线光电子能谱分析活性炭材料中引入的羟基官能团的量,并用一系列的电化学测试分析改性电池的电化学性能。研究发现IPA/AC复合材料中的C-OH含量高达40%,且该改性涂层结合了活性炭强大的物理吸附作用和羟基与带负电荷的聚硫离子之间的静电排斥作用能显著降低活性物质的流失,使电池的各方面性能较为突出。
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