项目名称: 锂硫电池用高单位面积载硫量自支撑三维正极材料可控制备及其储能机理研究

项目编号: No.51502062

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 卢松涛

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 硫正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,直接决定了锂硫电池的性能,因而开发高性能硫正极材料具有十分重要意义。本项目通过锂硫电池正极的结构设计、改性和性能评价一体化研究,开发一种具有自支撑结构的高单位面积载硫量的复合正极材料。以石墨烯和碳纳米管为原料,采用水热法合成三维石墨烯-碳纳米管材料;以其为骨架负载硫,采用原子层沉积技术对三维石墨烯-碳纳米管-硫进行AZO包覆,得到具有自支撑结构的三维石墨烯-碳纳米管-硫-AZO复合正极材料。系统研究水热和原子层沉积工艺对正极组成、结构和电化学性能影响规律,揭示电极材料结构、组成与性能的内在联系,探讨AZO对电极材料的改性机理,建立自支撑三维复合材料的电极反应动力学模型,进而揭示复合材料的储能机理,从而得到高单位面积载硫量、高比容量、优异倍率性能和循环性能于一体的复合正极材料,为锂硫电池的推广应用提供可靠的理论基础和技术支持。

中文关键词: 硫正极;三维石墨烯;锂硫电池;自支撑;掺铝氧化锌

英文摘要: As an important part of lithium sulfur (Li-S) battery, it is of great significance to design and synthesize high-performance sulfur-based cathode materials due to they play a huge role on the performance of Li-S batteries. Herein, we propose a free-standing three-dimensional (3D) cathode material with large areal mass loading of sulfur. In our design, 3D graphene-carbon nanotube sponge will be synthesized using hydrothermal method. After the impregnation of sulfur, AZO coating will be deposited using atomic layer deposition, forming a free-standing 3D grapehen-carbon nanotube-sulfur-AZO cathode material. The effect of technologic parameters on the composition, structure and electrochemical properties will be studied, as well as the relationship among the structure, composition and performance of the cathode material. After that, the kinetics model will be build, the AZO modification mechanism and the energy storage mechanism will be revealed. As a result, the free-standing 3D cathode material with large areal mass loading, high capacity, significant rate capability and cycle stability will be obtained, which will be provide reliable theoretical basis and technical support for the commercialized Li-S battery.

英文关键词: sulfur-based cathode;three-dimensional graphene;lithium sulfur battery;self standing;Al doped ZnO

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