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摘要球磨法用来合成石墨烯包覆的硫-碳纳米管复合材料，可以帮助实现大规模合成。电化学性能测试表明，石墨烯包覆的复合材料，硫的利用率极高并且电池展现出良好的循环性能。根据复合物的总量来计算的话，在400 mA/g的电流密度下，经过70次的循环，电池可逆容量高达626 mAh/g。39131
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毕业论文关键词： 锂硫电池 石墨烯 球磨 碳纳米管
Graphene-wrapped sulfur-based composite cathodes: ball-milling synthesis and the research on electrochemistry
Abstract: A facile ball-milling route, which can help in large-scale synthesis, is developed to prepare graphene-wrapped sulfur/carbon nanotubes composite. Electrochemical tests show that the obtained composite demonstrates high sulfur utilization and good cycle performance. As calculated by the total mass of the composite, a high reversible capacity of 626.0 mAh/g can be obtained after 70 cycles at a current density of 400 mA/g.
Keywords: Lithium-sulfur batteries; grapheme; ball-milling; sulfur/carbon nanotubes.
1.前言
人类在步入21世纪后不仅社会经济得到迅速发展，而且随着科技的发展，人类对能源的依赖也越来越重，随之的环境资源问题日趋严重，我们可利用的资源越来越少，大气污染等环境问题也越来越严重，环境问题和资源短缺问题已经成为全球焦点问题。为了解决这些问题，各国政府把研究新型绿色能源作为头等课题，迄今为止，对于风能、太阳能、核能的利用已经较为广泛，其中对于电池的研究也日趋成熟。这些新型能源的开发，有望取代传统的石油能源，成为新型动力能源。
为了能够更有效地利用和储存有限的化石燃料及不可再生能源，各国对电池的研究投入很大，取得的成果也很瞩目。现有的电池主要有镍氢电池，镍镉电池，锂离子电池，燃料电池和铅蓄电池等。
.铅酸电池的结构示意图和电化学反应[1]
.锂离子电池结构示意图[2]
生活中我们发现锂离子电池应用最为广泛，小到手电筒大到汽车，这些设备中的电力驱动基本上都以锂离子电池作为动力驱动的来源。生活中锂离子电池随处可见，其性能良好，对环境污染小，是未来能源研究的重点领域。而传统的镍镉，铅等对环境造成严重污染和破坏的传统电池会慢慢的淡出人们的视线。我们现在用的智能手机，充电玩具赛车，充电公交车，骑的电瓶车等，其中多数都是用的锂离子可充电电池，可以说锂离子电池完全有机会取代石油成为新一代动力能源。但是，要实现锂电池的广泛应用还有很长的一段路要走，还有许多问题需要解决。第一，是锂离子电池的本身质量能量密度不够，生活中，锂离子电池通常用于较小的电子产品或者对质量能量密度要求较小的电动车中，但是如果要将锂离子电池用于汽车内，使之具有燃油所能提供的动力效果的话，那么电池的质量能量密度必须要在500 Wh/kg以上，但是目前的锂离子质量能量密度只有150 Wh/kg左右，所以说，电池容量还满足不了支持大功率的交通工具方面的要求。如何提高电池质量能量密度成为科学家们研究的重点问题。其次是电池电极材料的合成问题，目前为止，还没有能够工业规模化合成电极材料的方法。锂离子电池是由正负极材料，隔膜，电解质等组成的。在电池组成中最为重要的便是正极材料了，因为正极材料会影响电池的性能，电池性能的提高主要依赖于电池正极材料的改进，如果正极材料的性能提高一半的话，那么整个电池的容量都会提高接近三分之二的水平，但是负极材料就不会对电池容量产生如此大的影响，即使负极材料提高十倍，电池容量也不过提高一倍而已[3]。综上所述，提高电池性能的关键在于如何改善电池的正极材料性能。
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