摘 要

本文首先较为详细的概述锂离子电池的具体构造、工作原理以及性能上的优异性和存在的缺陷，并对其关键材料进行了概述。在锂离子电池基础上我们介绍了锂硫电池体系，并说明其目前存在的问题。叙述了N，S掺杂氧化石墨烯的制备方法。进行电化学性能测试。得到0.1c下电池首次充放电容量约为700mAh/g，库伦效率接近100%。在0.2c,0.5c较大倍率下首次充放电容量分别为850mAh/g、750mAh/g。认为N，S掺杂氧化石墨烯作为隔膜改性材料确实能够抑制“穿梭效应”，优化电池性能。

关键词：锂硫电池 隔膜改性 氧化石墨烯 制备方法

The preparation of functional layers and applications in the lithium sulfide batteries

Abstract

This paper provides a detailed overview of lithium ion battery of the specific structure, working principle and performance is excellent and the existing defects, and its key materials were summarized. On the basis of lithium ion batteries, we introduce the system of lithium-sulphur battery and its existing problems. The preparation methods of N, S doped graphene are described. Conducting electrochemical performance testing. The first charge and discharge capacity of the battery in 0.1 c is about 700 mah/g, and coulomb efficiency is almost 100%. At 0.2 c, the first charge discharge capacity is 850mAh/g, 750mAh/g. It is believed that the use of graphene as a diaphragm modification material can inhibit the "shuttle effect" and optimize battery performance.

Key words: lithium sulfur batteries;The diaphragm modification;graphene oxide;preparation methods

目 录

摘 要 I

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2锂离子电池简介 3

1.2.1锂离子电池工作原理 5

1.2.2锂电池的优缺点 5

1.2.3锂离子电池关键材料概述 6

1.3锂硫电池体系介绍 9

1.3.1锂-硫电池工作原理 10

1.3.2锂-硫电池隔膜改性 12

1.4论文研究目的和内容 13

第二章 实验研究方法 15

2.1前言 15

2.2主要实验试剂和设备 15

2.2.1实验试剂 15

2.2.2实验设备 16

2.3材料的电化学性能分析 17

2.3.1 工作电极的制备及扣式电池组装 17

2.3.2 充放电循环测试 18

2.3.3 循环伏安测试 18

第三章 N,S掺杂氧化石墨烯制备及其性能测试 19

3.1引言 19

3.2氧化石墨烯的制备 19

3.3N，S掺杂氧化石墨烯的制备 20

3.4电化学性能测试 21

第四章 实验结论与展望 28

4.1实验结论 28

4.2展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1引言

能源在消弭贫穷、改善民生、促进社会进步等方面发挥了不可或缺的作用。有资料表明^[1]，全世界的人口将在2015-2050的35年期间由73亿激增到97亿，人均耗能量也逐渐上升。世界人口与人均耗能量均增长的趋势。有专家预估到2035年世界能源耗费量将在现在基础上提高37.3%。

众所周知，目前大量使用的能源仍是煤炭、石油等传统能源。表1-1是2010年世界主要国家传统能源的消耗状况^[2]。从表中，我们可以看出，世界主要国家能源的消耗量均呈现出增长的趋势，此中以中国为最，中国传统能源的消耗量，占据了世界总消耗量的20.3%。如此之高的能源消费量，让我们不得不深思：如果传统能源耗尽，我们将用什么样的能源来代替传统能源的位置，使得人类社会继续进步发展？

表1-1 2010年世界主要国家传统能源消耗

Table.1-1 in 2010,the world’s major countries non-renewable energy consumption

不仅如此，大量使用化石能源不可避免的造成生态环境的持续恶化，主要集中表现在以下三个方面：加剧水资源环境的恶化、严重的破坏了大气环境、对生态系统的不良影响。化石燃料的使用排放了大量的、、烟尘等污染物，大气中的形成的“酸雨”导致大量的土地、河流酸化，建筑古迹被侵蚀；大气中的对陆地、海洋及臭氧层有较大的影响，而且是PM2.5的主要来源；交通、工业排放的烟尘大量被吸入人肺会产生严重后果，其还是形成雾霾天气的罪魁祸首，严重危害人类的生存。除此之外，燃烧化石燃料，其必然产生二氧化碳气体，导致“温室效应”，引起全球温度升高。

从上面论述中，我们可以得出以下结论：未来的发展方向，必定是用清洁可再生的新能源，代替传统的不可再生能源。目前，各国政府或非政府组织也开始积极鼓励新能源的开发，这之中主要有太阳能、风能以及核能等。以太阳能为例，有资料表明地球每1h吸收的太阳能辐射^[3]，其能量可维持全球一年的能量消耗。太阳目前正处于其“青年期”，可以说，太阳真的是人类最大的能源宝库。但是，我们在为太阳能的储量丰富而感到喜悦的同时，必须注意到其存在的一个不容忽视的缺点：其输出的间断性与不稳定性。其间断性在于我们无法在夜晚或者雨雪天气利用光电设备采集阳光并转换为电能。即使是晴天，我们也不能保证在某段时间内利用太阳能发电功率一样，即产电的不稳定性，这导致该类电源很难连入电网为人们直接使用。此外，由于我国幅员辽阔，不同地区光照时间长短不一，故多在我国西北地区建有光伏电厂，不易传输，因此，需要一种可以安全、高效、易运输的储能容器来灵活的满足人们的日常生活需要，电池的发展由此兴起继而蓬勃发展。

表1-2显示的是部分电池体系的主要参数^[4]，从表格中可以对比看出，锂硫电池的综合性能优异，是我们可以研究并加以改良的对象。

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