铂氟双掺杂碳复合材料在锂硫电池中的应用开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

当代社会面临巨大的能源危机，根据国家有关资料显示，中国石油储备量仅占全球的2%，专家预计全球现有石油储备量仅可维持100年左右的消耗，而中国如果按现有消耗量，不到50年国内原油资源将消耗殆尽。另外由美国能源部资料可知，中国煤炭科采储量为1300亿吨，占世界煤炭科采储量13.99%。中国近年来煤炭生产增长迅速，2002年生产13.8亿吨，2009年生产30.5亿吨。以这个增长速度（每年增加12%），只需要15年，到2024年就可能采光所有可采煤炭。而且，石油和煤炭对环境的污染是众所周知的，尤其是在当下雾霾严重影响国人生活的条件下，保护坏境使我们义不容辞的责任。因此，开发新能源成为应对能源危机改善坏境的不二选择。

锂离子电池在众多储能设备中,以其轻便、能量密度高、环境友好等优点作为主要的电能存储装置已被广泛运用在各种便携式电子设备中。然而近年来,便携式电子通信设备和电动汽车的快速发展对其所用的二次电池能量密度提出了更高的要求。单质硫作为锂硫电池的正极材料时,其理论比容量高达1675mah·g-1,电池理论能量密度可达到2600wh·kg-1【1】,同时单质硫具有来源丰富、价格便宜、对环境友好等优点，引起各国科学家的高度重视。纵观近几十年锂硫电池的发展，在正极材料的研究方而，主要集中在有机硫化物材料和硫/碳复合材料两种正极材料【2】。采用具有高比表而积和导电性能良好的碳材料与硫复合，这种措施在提高活性物质硫的利用率及放电产物溶解方而起到了显著作用【3-5】。通过对基体碳材料的研究，探索适宜的孔径、孔容、比表而积、导电性和表而结构，有可能进一步提高单质硫的利用率和循环稳定性。被认为是下一代高能量密度二次电池的最佳选择之一。但是锂硫电池仍存在正极活性物质利用率低、循环性能差等问题【6】。

为提高多硫化物同多孔碳材料间的相互作用，大幅度迟滞多硫化物向电解液本体的扩散，对碳材料进行表面氮掺杂，改变碳材料表面电子构型分布，使多硫化物同碳材料间产生极性相互作用（化学吸附），也被广泛研究【7-12】。同时，负载了过渡金属（pt,cu,ni,fe等）纳米粒子的碳材料、过渡金属氧化物多孔材料（mno2、tio2等）也通过化学吸附被用来限制多硫化物的扩散【13-27】。最近，nazar研究组还利用多硫化物同二氧化锰间的氧化还原反应来应对多硫化物“穿梭效应”的问题【28】。这些方法，都在一定程度上减弱了多硫化物“穿梭效应”带来的问题，提高了锂硫电池的循环稳定性。然而，这些研究大多集中在解决如何将溶解在电解液中的多硫离子束缚在正极上，着重探讨的是正极材料的合成及锂硫电池电化学性能。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究基本内容：合成铂氟双掺杂的碳复合材料，作为锂硫电池的正极。利用含有多硫化锂的电解液为硫源，同金属锂负极组成锂硫电池，研究铂氟双掺杂的碳材料在锂硫电池充放电过程中对多硫化锂的吸附作用以及对锂硫电池中“穿梭效应”的影响。

2.2目标：合成铂氟双掺杂的碳复合材料，并对所合成材料进行表征，得出数据并得出结论。

2.3拟采用的技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1——3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需实验进程。确定方案，完成开题报告；

第4——7周：合成铂氟双掺杂的碳复合材料，并对所合成材料进行表征；

第8——11周：利用光谱方法检测该材料体系对多硫化锂的吸附作用，以及电化学方法检测组成锂硫电池后的容量、功率和循环特性；

4. 参考文献（12篇以上）

【1】周艺伟北京理工大学锂硫电池正极材料的制备及其性能研究

【2】董全峰，王翀，郑明森.[j].化学进展，2011,23(2-3):533-539.

【3】yuanl.x，yuanhp，qiuxp,etal.[j]powersources,2009，189(2):1141-1146