摘 要

本论文先对锂离子电池系及其系列分支中的锂硫电池的定义、结构特点、工作原理与工作实际表现等做简要的介绍。就目前锂硫所面对诸多问题，例如循环性能不足、穿梭效应等，本文分析提出相应的解决方案，叙述解决方案的详细步骤，并就实验数据加以分析。总结得到以Li2S作为活性材料进行电池的组装，碳纤维作为极片的载体、粘结剂和导电剂，优化正级材料的制备工艺并简化后续电池生产工序。

关键词：锂硫电池 Li₂S作为活性材料 相反转法 碳纤维 球磨法

Feasibility Study on Simple Preparation of Lithium Sulfide Cathode

Abstract

In this paper, the lithium ion battery system and its sequences of lithium-sulfur definition, structure, working principle and the actual performance of the work are introduced briefly. Nowadays, lithium-sulfur batteries face a varies kind of problems such as the lack of cycle performance, shuttle effects and so on. We analysis of the corresponding solutions, describe the detailed steps of the solution, and the gather the experimental data. The carbon fiber was used as the carrier, binder and conductive agent because of ite good conductivity. Then the preparation process of the cathode material was optimized and the subsequent battery production process was simplified.

Key words: lithium sulfur batteries; Li₂S as an active material; Carbon fiber; Reverse conversion method

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 锂离子电池 3

1.2.1 锂离子电池工作原理 4

1.2.2 锂离子电池的特点 5

1.2.3 锂离子电池关键材料的概述 6

1.3 锂硫电池体系介绍 7

1.3.1 锂硫电池结构与工作原理 8

1.3.2 锂-硫电池正极材料改进 10

1.4本课题研究目标 13

第二章 试剂与实验 14

2.1 引言 14

2.2 实验试剂和设备 14

2.2.1 实验试剂 14

2.2.2 实验设备 14

2.3 材料的表征 15

2.3.1 XRD分析 15

2.3.2 形貌分析 15

2.3.3 能谱分析 15

2.3.4 电化学交流阻抗测试 15

2.4 正极材料的电化学性能分析 16

2.4.1 工作电极制备及电池组装 16

2.4.2 充放电循环测试 17

2.4.3 循环伏安测试 17

第三章 碳纤维基正极材料的制备与表征 19

3.1 引言 19

3.2 材料的制备 19

3.2.1相反转法制备正极材料 19

3.2.2球磨法制备正极材料 20

第四章 物性与电化学性能表征 22

4.1扫描电镜及相应能谱分析分析 22

4.1.1碳纤维原样 22

4.1.2试样2的扫描电镜图 22

4.1.3试样3-6的扫描电镜及能谱分析 22

4.1.4球磨样7的扫描电镜图 24

4.2电化学性能分析 25

第五章 实验结论与展望 28

5.1 实验结论 28

5.2 展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

能源矛盾仍然是摆在当今二十一世纪人类所要面对和处理的一种显著矛盾。随着能源的不断减少，人类需要在能源的存储利用，环境友好，以及能源的转化利用多做研究，以应对不断凸显的能源问题。

众所周知，传统能源-煤、石油、天然气的运用已经有了比较长的一段历史，但是这些传统的能源资源在不断减少，甚至在百年之内如不加节制地运用会使它们枯竭。就我国目前的能源消费结构图来看，现阶段我国十分依赖传统能源，尤其是煤和石油，而这两种资源是属不可再生的能源，研究表明几十年之内煤和石油会在几十年之内被用完。一旦用完我们以什么作为新的能源替代品。

图1-1 中国能源消费布局图

Figure 1-1 China's energy consumption layout

除了传统能源的不可再生性，其还会带来许多的环境问题。比如煤炭能源，它被消费的期间会产生SO2、CO2、CO等污染源，这会使环境受到很大影响，会造成例如酸雨光化学污染和温室效应，致使全球海平面上升威胁人类生存环境^[1]。煤炭的开采会破坏生态环境和地球表层结构稳定性，会诱发小规模的地陷甚至地震，因此煤炭开采存在危险性和污染性，同时对煤炭工人的身体健康造成威胁，比如长期工作在井下工人会得尘肺病等职业病。在拿石油说说，石油在开采之初就存在许多污染的地方，尤其是水污染，在生产过程中，会对石油钻井进行清洗，清洗产生的废水如果不经处理的排出去就会污染水源，威胁植物生长，对人体健康影响很大。2010年美国亚丁湾石油泄漏事故引起国内外广泛关注，事故产生的影响巨大，尤其是对附近海域的生态的破坏，可谓灭顶之灾，大量物种死亡，大蓝鳍金枪鱼和海龟的繁衍都受到影响。从此看出除了传统能源的本身污染性，其不恰当的开采与运用同样会导致其污染环境威胁生态威胁人类发展^[2]。

因此需要找到可替代可再生环境友好的新能源尤为重要。21世纪我们不能再依靠传统的能源来维持经济的发展与人类的发展，传统能源几乎被用完，传统能源的问题日益严峻，新能源概念横空出世。它的概念是在新技术的支撑下对于大自然中的可再生能源加以利用与开发。新能源能给满足21世纪对于环境保护人类可持续发展的要求，这将是具有人类发展的里程碑意义。新能源普遍具有的特点就是可再生性、可循环、对环境形象小、间断性等特点。就太阳能而言，不只是我们开始慢慢利用它，其实例如地球上的植物早就“用上了太阳能，植物借助太阳能来进行光合作用，制造氧气，提供能量果实真可谓对环境非常友好，万物生长靠太阳。由于人类的技术的阶段性限制，太阳能在之前没有被好好的利用，让其白白浪费掉。现在人类利用优秀的光伏技术将阳光利用起来，随处看见的利用阳光的设备或者设备，比如路灯，热水器，发电装置，聚热装置等等太多运用。在我国西部地区由于地理环境的限制以及地广人稀的特点，太阳能被运用的淋漓尽致，农户家中的大部分使用电量来自政府建设的光伏项目，光伏项目给西部地区的人民带来幸福的生活，并且光伏项目还对环境没有影响，并没可以建在人迹罕至的沙漠地带，这样也节约了空间。另外光伏项目是我国重要出口项目，项目建设在亚非美各个国家，给当地人带来清洁能源的同时也促进了经济与技术的发展可我利国利民。同太阳能一样清洁的的还有其它能源比如潮汐能，风能等，这些新能源将在21世纪扮演重要角色。

但个部分新能源存在间断性和不稳定的特点。例如太阳能只有在白天才能被利用，潮汐能也因为涨潮和退潮的原因致使其能源运用的间断性。因此需要将其存储起来以削减其间断性和不稳定性所带来的缺点。

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