鎂基復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究

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1、碩士學(xué)位論文鎂基復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究PREPARATIONANDELECTROCHEMICALBEHAVIOROFMAGNESIUM-BASEDCOMPOSITEANODEMATERIALS石英辛哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào):TM912.9學(xué)校代碼:10213國(guó)際圖書分類號(hào):621.355密級(jí):公開工學(xué)碩士學(xué)位論文鎂基復(fù)合負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究碩士研究生:石英辛導(dǎo)師:左朋建教授申請(qǐng)學(xué)位:工學(xué)碩士學(xué)科:化學(xué)工程與技術(shù)所在單位:化工與化學(xué)學(xué)院答辯日期:2018年6月授予學(xué)位單位:哈爾濱

2、工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:621.355DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringPREPARATIONANDELECTROCHEMICALBEHAVIOROFMAGNESIUM-BASEDCOMPOSITEANODEMATERIALSCandidate:ShiYingxinSupervisor:Prof.ZuoPengjianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality

3、:ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation:SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要金屬鎂憑借其高比容量(2205mAh/g)、高能量密度、高安全性、低成本以及環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)具有大的發(fā)展前景,是一種理想的高性能、安全的電池負(fù)極材料。鎂硫電池是以單質(zhì)硫作為正極活性物質(zhì),以具有

4、高能量密度的高純鎂或鎂合金作為電池負(fù)極。與其它化學(xué)電源相比,鎂硫電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):具有較高的比能量,其比能量理論上可高達(dá)1722Wh/kg。但純鎂做負(fù)極時(shí)由于受到極化的影響,硫電極的放電平臺(tái)只能達(dá)到0.8V,放電比容量可達(dá)到800mAh/g。為提高鎂硫電池的放電平臺(tái)和比容量,本論文通過(guò)球磨和機(jī)械攪拌的方法成功制備了Mg/C以及Mg與Li、Ti的復(fù)合負(fù)極材料,采用充放電測(cè)試、XRD及SEM等測(cè)試手段對(duì)復(fù)合負(fù)極材料的物理性質(zhì)和電化學(xué)特性進(jìn)行了表征和分析。并分析了鎂基復(fù)合負(fù)極在不同電解液體系中對(duì)鎂硫電池電化學(xué)性能的影響。導(dǎo)電

5、劑(SuperP和導(dǎo)電石墨)的加入有助于提高負(fù)極的電導(dǎo)率,改善由鈍化膜造成的活性利用率低的問題,從而降低了負(fù)極極化。本文通過(guò)將球磨法制備Mg/SuperP和Mg/石墨復(fù)合材料,并采用壓片的方法制備了復(fù)合負(fù)極,提升了電池的放電平臺(tái)至1.1~1.3V。采用基于和膏涂布制備負(fù)極的鎂硫電池比容量可達(dá)570mAh/g。采用石墨做添加劑制備鎂碳復(fù)合負(fù)極材料,改善了鎂硫電池在大倍率下的放電性能,0.05C放電時(shí)仍有460mAh/g比容量。本文還通過(guò)將鋰粉添加在鎂中制備了不同組分的鎂鋰復(fù)合負(fù)極材料。當(dāng)采用含有10wt%Li的復(fù)合負(fù)極時(shí),

6、電池的電化學(xué)性能得到了明顯的提升。在0.35M(HMDS)2Mg的TEGDME電解液體系中,0.01C下電池的首次放電比容量為1000mAh/g,在0.5C的大電流下電池仍具有900mAh/g的可逆容量。在0.01C倍率下循環(huán)5次后,電池仍具有400mAh/g的放電比容量。在鎂粉中摻入Ti后,截止到0.5V時(shí)放電比容量最高達(dá)到1000mAh/g,放電平臺(tái)可在1.1~1.4V之間維持600mAh/g。Mg-Ti電極在不同電池體系中都具有良好的兼容性,在0.5MMgClO4/ACN電解液中也體現(xiàn)了良好的電化學(xué)性能。電池在大倍

7、率下的放電性能得到了明顯提升,在0.03C時(shí)放電性能最佳,硫電極的比容量可提升至1550mAh/g。關(guān)鍵詞:鎂硫電池;鎂基復(fù)合材料;鎂碳負(fù)極;鎂鋰負(fù)極;電化學(xué)性能-I-AbstractAbstractComparingwithmetalliclithium,magnesiumisconsideredasanidealanodematerialwithpromisingdevelopmentprospectsduetoitshighspecificcapacity(2205mAh/g),highenergydensity,

8、highsafety,lowcost,andenvironmentalfriendliness.Magnesium-sulfurbatteriesuseelementalsulfurasthecathodeactivematerialandhigh-puritymagnesiumormagnesiumalloyswi

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