摘 要

锂硫电池具有理论比容量高、成本低、环境友好等优点，被公认为最有前景的下一代二次电池之一，但存在活性物质利用率低、循环稳定性差、倍率容量低以及安全性能差等问题,阻碍了Li-S电池的实际应用。已知聚苯胺对隔膜改性方面的研究已经取得一定进展，它的导电性强，而二氧化钛可以通过化学吸附多硫化物，降低穿梭效应的影响，增强安全性，因此为制备更高性能的锂硫电池，优化其内部结构，此次课题主要先完成对聚苯胺/二氧化钛纳米线的制备，然后以其为原料在隔膜上覆盖一层复合功能层的方式来完成对锂硫电池隔膜改性。

本次课题实验内容及结论为：通过调节二氧化钛纳米线的质量参比，以及使用不同钛源的二氧化钛纳米线参与聚苯胺/二氧化钛纳米线的制备，最终使用抽滤与涂敷的两种不同方法制备不同性能的功能隔膜，并组装电池完成电化学性能的测试分析，找出性能最优异的实验配比；使用材料分析研究手段和充放电实验对所制备的改性隔膜的结构和性能做分析比较最终得出质量占比为以钛酸四丁酯为钛源的0.1g的二氧化钛纳米线与苯胺合成的聚苯胺/二氧化钛纳米线的功能涂层性能最优异，比容量达到1000mAh g^-1，循环稳定性高，使电池综合性能有了一定提高。

关键词： 锂硫电池 聚苯胺/二氧化钛纳米线 隔膜

Preparation and electrochemical performance of polymer modified polypropylene separator lithium sulfur battery

Abstract

Lithium sulfur battery has advantages of high theoretical capacity low cost environmental friendliness and so on which is recognized as one of the most promising next generation secondary batteries. However there exist some problems such as low utilization ratio poor circulation stability low rate capacity and poor safety performance which hinder practical application of battery.It has been known that polyaniline has been studied on membrane modification which has strong conductivity while titanium dioxide can adsorb polysulfide chemically reduce the effect of shuttle effect enhance safety. Therefore, to prepare higher performance lithium sulfide batteries, optimize its internal structure, this topic mainly completes the preparation of polyaniline / TiO₂ nanowires firstly. Then we modify the membrane of lithium sulfur battery by covering a layer of composite functional layer on diaphragm.

The experimental contents and conclusions are as follows: by adjusting the mass ratio of TiO₂ nanowires and titanium dioxide nanowires using different titanium sources, we participate in polyaniline / TiO₂ nanowires. Finally using two different methods of filtration and coating preparation different functional membranes were prepared and assembled batteries to complete electrochemical performance testing analysis and found out the best performance ratio.Using material analysis method and charge discharge experiment analysis and comparison of structure and properties of modified diaphragm were analyzed and compared finally obtained mass ratio was synthesized by titanium dioxide nanowires with 0.1 g titanium dioxide as titanium source respectively.Polyaniline / TiO₂ nanowires have excellent functional coatings properties. Capacity reaches 1000 mAh·g^-1 and has high cycling stability, which makes battery comprehensive performance improve.

Keywords: lithium sulfur battery; polyaniline / TiO2 nanowires;diaphrag

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2锂硫电池简介 2

1.2.1锂硫电池体系及原理 2

1.2.2锂硫电池缺陷 3

1.2.3锂硫电池隔膜作用 4

1.3．功能性隔膜，超轻质聚苯胺纳米纤维/二氧化钛纳米线涂层 5

1.3.1.聚苯胺材料导电机理 5

1.3.2聚苯胺纳米纤维/二氧化钛纳米线涂层 6

1.3.3实验方法以及粘稠度对PANINF/二氧化钛功能涂层的影响 7

1.3.4制备加入二氧化钛纳米线含量对功能性涂层的影响 7

1.4实验研究内容 8

第二章．实验研究具体方案 9

2.1．研究方案 9

2.1.1.实验仪器与实验试剂 9

2.2．材料的表征与物相的分析 10

2.2.1.X射线衍射测试 10

2.2.2.SEM扫描电镜测试 11

2.3纽扣电池的组装 11

2.4电化学性能测试 12

第三章 结果与讨论 13

3.1引言 13

3.2纯硫极片的制备与测试 13

3.2.1.纯硫正极极片的制备 13

3.2.2.循环性能分析 14

3.3二氧化钛纳米线的制备与表征 16

3.3.1二氧化钛纳米线的制备过程 16

3.3.2扫描电镜图的对比分析 17

3.4抽滤法制备复合型功能隔膜 17

3.4.1抽滤法制备复合型功能隔膜流程 17

3.4.2分析总结 18

3.5制备功能涂层原料 18

3.5.1详细制备流程 18

3.5.2原料的表征与分析 20

3.6涂覆法制备功能性隔膜涂层 22

3.7数据的展示与分析 22

3.7.1电池的初步测试分析 23

3.7.2各组的电化学测试图的分析对比 24

第四章．结论 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1引言

受经济发展和人口增长的影响，世界不可再生能源消费量不断增大，并持续增长，自19世纪70年代工业革命以来，化石燃料损耗急剧增长，刚开始以煤为主，接着依次是石油和天然气，这些都是一次能源，使用完后不可再生，且在使用过程中，也产生了污染气体，造成温室效应，酸雨等危害，而到21世纪，随着世界上部分区域能源的枯竭，世界各国对能源贸易，运输以及储运，开发新能源的研究，环境的保护也越发重视。

为解决不可再生能源的枯竭所带来的能源缺乏，以及环境污染，人们先后发掘了许多可持续使用能源，如风能，水能，太阳能，核能发电等等，但这些方式仍然存在许多局限性，如水力发电受气候，地域影响特别大，温度不同，地域不同，其降水量也会发生变化，从而导致水能源发生变化，因此很多较干旱的国家水力发电受限极其严重，而核能发电由于其技术要求超高，并且其本身危险系数高，对安全防护要求也比较高，维护成本高，一旦泄露将对世界造成不可挽回的伤害，世界上只有极其少数几个国家能够开发应用到国民日常生活中，因此以上改善仍需要长期的发展。

电池作为一种化学能源，能将化学和电能相互转换的储能设备，是人类数千年来对电的研究成果，1887年赫勒森发明最早的干电池，由于它的便利获得了广泛使用，从此电池闯进人们生活，逐渐成为人类能源使用的必需品，但随着人们生活水平的提高，与之息息相关的一切用品也随着不断发展不断进步，以满足人们不同需求，如电动摩托车，电动汽车的出现，而这两者对电池要求非常高，不仅要求容量高，环保，安全性能，而成本低，高功能也是同样非常重要，电池本身存在许多类型，而据参考文献[1]对锂硫电池本身来说，它的理论比容量比同等条件下的钴酸锂电池等的理论比容量相比起来要高的多，而在理论比容量能量方面，可以这样说也远远高过它。截至2018年5月，为了发掘出锂硫电池的最大商用价值，具有高容量的锂硫电池还继续被研究者们潜心研究着。

1.2锂硫电池简介

据参考文献[2]其是锂电池的一种，它以单质硫或含硫化物为正极，锂或储锂材料为负极的一种锂电池。单质硫为淡黄色晶体，在化学界中被广泛使用研究，其具有:

• 1. 分布极广，材料易得，地球储藏丰富.
  2. 导电性好，电子离子导电性好.
  3. 由于其有升华特性，所以污染低，无公害。
  4. 稳定性好，晶体结构稳定。

据参考文献[3][4][5]有它做正极的锂硫电池具有高容量，高能量，高功率，寿命长，污染低的特点被广泛使用，（据参考文献[6][7]如电脑，手机,汽车等）并得到飞速发展。近几年来也逐渐取代传统电池的地位，超越现有锂离子电池的性能，因此研究锂硫电池性能，与如何改善锂硫电池性能使其优化变得更具优势显得非常必要。

1.2.1锂硫电池体系及原理

据参考文献[8]锂硫电池：用硫或含硫化物为阴极，锂或储锂材料为阳极，通过化学键的断裂和生成产生的能量来实现电能与化学能的相互转换的电池体系，与一般锂离子电池一样，主要由正极材料，导电性好的电解液，与功能性强的隔膜以及化学性比较活跃的负极材料构成，据参考文献[9]在battery放电的过程中大致存在两个不同的区域：

相关图片展示：