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锂硫二次电池水性粘结剂

作　者: 姚真东
导　师: 王久林
学　校: 上海交通大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 锂硫电池水性粘结剂羰基-β-环糊精粘结性能循环性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

锂硫电池由于其较高的比容量和能量密度成为新一代可循环高能电池的一个重要选择。粘结剂是硫基复合正极中一个重要的组分,极大地影响着电极的电化学性能。本次研究主要探索了三种水性粘结剂,研究了它们对硫基复合正极材料在二次锂电池中性能的影响。首先采用氧化法,将β-环糊精分子中部分羟基氧化成羰基,得到一种新型的粘结剂羰基-β-环糊精,提高了其水溶性,溶解度可达165g/100g水。其粘结强度可达0.197MPa,表现出良好的粘结性能,而且CV测试显示其在0-5伏电压范围内保持性能稳定。将羰基-β-环糊精作为粘结剂用在硫基正极上,电化学测试显示,首次可逆容量高达694.5mAh/g,50次循环后放电容量依然保有655.3mAh/g,可逆放电比容量和稳定性远远优于采用常规粘结剂PVDF、PTFE的硫基正极。SEM图显示羰基-β-环糊精基硫正极在50次循环后,表面平整,没有明显的多硫化物沉淀。初步探索了阿拉伯胶和海藻酸钠作为粘结剂对硫基正极性能的影响。采用阿拉伯胶作为粘结剂并用于锂硫电池,在0.2C条件下,首次可逆比容量可达666.7mAh/g, 50次依然可保持603.2mAh/g,循环性能稳定。将海藻酸钠作为粘结剂用于锂硫电池正极中,50次后的循环容量可达482.1mAh/g。本此研究结果表明,经过部分氧化有效地提高了β-环糊精的水溶性,作为硫基复合正极材料的粘接剂性能良好。β-环糊精相对价格便宜、使用方便、绿色环保,在高能二次电源领域具有潜在的应用价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-33
  1.1 引言  12
  1.2 锂离子电池概况  12-15
  1.3 硫基正极材料概况  15-24
    1.3.1 锂硫电池概述  15-16
    1.3.2 单质硫  16
    1.3.3 有机硫化物材料  16-19
    1.3.4 硫基复合材料  19-24
  1.4 锂离子电池水性粘结剂  24-32
    1.4.1 粘结剂发展现状  24-26
    1.4.2 水性粘结剂概况  26-29
    1.4.3 水性粘结剂在锂硫电池中的应用  29-32
  1.5 论文主要研究目的和意义  32-33
    1.5.1 课题的提出  32
    1.5.2 论文研究目标和主要意义  32-33
第二章实验部分  33-40
  2.1 实验药品及仪器设备  33-34
  2.2 实验材料的制备  34-35
    2.2.1 PAN/S 复合材料的制备  34-35
    2.2.2 羰基-β-环糊精的制备  35
    2.2.3 羰基-β-环糊精溶液pH 值的调节  35
  2.3 粘结剂物理性质测试  35-36
    2.3.1 粘结剂的粘度测试  35-36
    2.3.2 粘结剂的粘结强度测试  36
  2.4 材料微观结构表征  36-37
    2.4.1 扫描电子显微镜  36-37
    2.4.2 核磁共振测试（NMR）  37
    2.4.3 傅里叶变换红外光谱（FTIR）  37
  2.5 电化学性能测试  37-40
    2.5.1 电池组装  37-38
    2.5.2 循环伏安测试  38-39
    2.5.3 充放电测试  39
    2.5.4 交流阻抗测试  39-40
第三章羰基-[BETA]-环糊精的性能研究  40-60
  3.1 引言  40-41
  3.2 羰基-[BETA]-环糊精的制备  41-45
  3.3 羰基-[BETA]-环糊精的物理性质  45-47
    3.3.1 拉伸强度和粘度测试  45-46
    3.3.2 pH 值对羰基-[BETA]-环糊精溶液粘度和粘结强度的影响  46-47
  3.4 羰基-[BETA]-环糊精电化学稳定性研究  47-48
  3.5 羰基-[BETA]-环糊精与[BETA]-环糊精性能比较  48-53
    3.5.1 不同倍率下循环性能测试  48-49
    3.5.2 循环性能比较  49-51
    3.5.3 阻抗性能比较  51-52
    3.5.4 硫基材料微观结构表征  52-53
  3.6 羰基-[BETA]-环糊精与常规粘结剂性能比较  53-57
    3.6.1 循环性能比较  53-54
    3.6.2 阻抗性能  54-56
    3.6.3 硫基材料微观结构表征  56-57
  3.7 集流体对羰基-[BETA]-环糊精粘结剂电化学性能的影响  57-58
  3.8 本章小结  58-60
第四章其他水性粘结剂研究  60-70
  4.1 引言  60
  4.2 阿拉伯胶粘结剂的物理性能  60-61
  4.3 阿拉伯胶电化学稳定性研究  61-63
  4.4 阿拉伯胶粘结剂电化学性能研究  63-65
    4.4.1 阿拉伯胶粘结剂循环性能  63-64
    4.4.2 阿拉伯胶粘结剂阻抗性能  64-65
  4.5 阿拉伯胶硫基正极材料微观结构表征  65-66
  4.6 集流体对阿拉伯胶粘结剂性能的影响  66-67
  4.7 海藻酸钠粘结剂电化学性能初步研究  67-68
  4.8 本章小结  68-70
第五章结论和展望  70-72
  5.1 结论  70
  5.2 展望  70-72
参考文献  72-80
致谢  80-81
攻读学位期间发表的文章和申请的专利  81-82
附件  82-84

锂硫二次电池水性粘结剂

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