摘 要

为了满足社会生产及人们日常生活中对于高性能储能设备的需求，亟需对锂硫电池进行改进，使其实用化。本次课题通过在聚丙烯隔膜上涂覆普鲁士蓝材料，来给锂硫电池添加功能性中间层，尝试将多硫化物限制在隔膜与正极之间，达到减弱穿梭效应的目的。普鲁士蓝改性隔膜还可以提高电池的导电性、电池比容量以及循环稳定性。

本次课题的目的是研究普鲁士蓝改性的聚丙烯隔膜对锂硫电池电化学性能的提升。首先用四水合氯化锰和六水合氯化钴作为前驱物混合于去离子水中，随后加入一定浓度的铁氰化钾，通过抽滤法制备出三金属类普鲁士蓝材料Co_0.25Mn_1.25[Fe(CN)₆]。结合涂覆法将聚丙烯隔膜制备成改性隔膜。然后对样品进行材料表征以及电学性能测试。实验结果表明：普鲁士蓝改性的聚丙烯隔膜可以提高锂硫电池的比容量、库伦效率和循环稳定性，减弱了多硫化物的穿梭效应。应用普鲁士蓝改性隔膜的锂硫电池，在0.2C倍率的电流条件下，循环30次后，电池的容量降至815.7mAh/g，库伦效率96.9％，接近100％，而选用普通聚丙烯隔膜的电池容量由初始的593.4mAh/kg降至557.8mAh/kg，容量和库伦效率都不及改性隔膜电池。

关键字：锂硫电池 普鲁士蓝 聚丙烯隔膜 功能性中间层

Application of Prussian blue modified polypropylene separator in lithium - sulfur batteries

Abstract

In order to meet the demand for high performance energy storage equipment in social production and People's Daily life, it is urgent to improve lithium sulfur battery and make it practical. In this project, by coating the polypropylene separator with Prussian blue material, the functional intermediate layer is added to the lithium-sulfur battery, so as to limit the polysulfide between the separator and the positive electrode and inhibit the shuttle effect. Prussian blue modified separator is able to enhance the conductivity, specific capacity and cycle stability of the battery.

The purpose of this study is to study the improvement of the electrochemical properties of lithium-sulfur battery by Prussian blue modified polypropylene separator. Firstly, four hydrated manganese chloride mixed with cobalt chloride hexahydrate as precursors in deionized water, then add a certain concentration of potassium ferricyanide, Prussian blue trimetallic materials were prepared by extraction filtration method. Polypropylene separator was prepared into modified separator by coating method.Then the material characterization and electrochemical properties of the samples were tested.The experimental results show that the Prussian blue modified polypropylene separator can improve the specific capacity, coulomb efficiency and cycle stability of li-sulfur battery, and reduce the shuttle effect of polysulfide. With application of Prussian blue modified separator of lithium-sulfur battery, in 0.2 C ratio of current conditions, the cycle after 30 times, has a capacity of 815.7 mAh/g, and coulomb efficiency is 96.9%, close to 100%.However , the battery capacity of the ordinary polypropylene separator fall from the initial 593.4mAh/kg to 557.8mAh/kg, and the capacity and coulomb efficiency are not as good as the modified separator battery.

Key words: lithium-sulfur battery ;Prussian blue;polypropylene separator; functional interlayer

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2锂硫电池的介绍 1

1.2.1锂硫电池的组成和充放电原理 2

1.2.2锂硫电池发展的阻碍 3

1.3锂硫电池的隔膜 4

1.3.1锂硫电池的隔膜简介 4

1.3.2锂硫电池改性隔膜的研究现状 5

1.4普鲁士蓝简介 5

第二章 实验研究方法及设备 7

2.1实验的研究方法 7

2.2使用的实验试剂和实验设备 7

2.2.1实验使用的化学试剂 7

2.2.2实验设备 9

2.3 普鲁士蓝改性的聚丙烯隔膜的制备 10

2.3.1普鲁士蓝材料（Co_0.25Mn_1.25[Fe(CN)₆]）的制备 10

2.3.2 普鲁士蓝改性隔膜的涂覆 10

2.4硫电极的制备 11

2.5 Li-S电池的组装 12

2.6材料的表征方法 12

2.6.1 X射线衍射法 12

2.6.2扫描电子显微镜 13

2.7材料的电化学性能测试 13

2.7.1 恒电流充放电测试 13

2.7.2 电化学阻抗测试 13

第三章 结果与讨论 15

3.1普鲁士蓝材料的形貌特征 15

3.1.1 普鲁士蓝材料的XRD分析 15

3.2普鲁士蓝改性隔膜的扫描电镜分析 16

3.3普鲁士蓝改性隔膜的电化学性能 17

3.3.1电池电化学阻抗测试（EIS） 17

3.3.2 恒电流充放电测试 18

3.4 实验结果分析 19

第四章 结论 21

参考文献 23

致谢 27

第一章 绪论

1.1引言

随着社会的生产力进一步发展，对使用的能源有着更高的标准，但常规能源诸如煤炭、石油等由于其储量有限，以及燃烧时带来酸雨，温室效应等加剧的环境问题，使得人们将目光转向对新能源的研发。诸如太阳能、风能等新能源，虽然有着储量大，可再生，使用时对环境友好等众多优点，但也有着显而易见的限制条件——人们需要通过电化学储能体系将这一类能源进行适当的转化，才能加以利用。而且，面对如此庞大的能量，储能也是一个棘手的问题。若不能将它们及时存储，等到需要使用时再进行能源的转化，那么对于一些大型工程的进度以及效率将会有极大的影响，于是，新型电化学储能体系应运而生。而对于这一类的电化学储能体系，人们希望它能够做到安全可靠、价格低廉、使用寿命长以及储量大等要求。^[1]

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