三维石墨烯包覆钛氧化物的制备及电化学性能开题报告

全文总字数：4844字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着石油、煤等不可再生能源被人类大量开采，地球资源储备不断减少，能源危机日益加重，环境污染问题和生态失衡问题变得尤为突出。为此，人们长期致力于新型环保可再生能源的开发，如核能、风能、太阳能等。其中，电能作为一种高效易得的清洁能源，随着社会的发展和科技的进步，其应用范围日益广泛，不仅在建设及大型设备方面发挥重要作用,而且已成为车辆、小型的移动设备以及诸多电子产品更新换代不可缺少的一环。

二次电池作为一种方便、快捷的电能存储设备，备受人们的关注。在21世纪的今天，智能手机的广泛应用、电动汽车以及诸多微型电子产品的出现让人们看到了二次电池的无限潜力和广阔的市场。社会越来越需要充电时间短，容量高，寿命长，体积小的，质量轻，安全性高的新型二次电池，既满足人们电子化、信息化的需求，也能缓解资源和环境的压力。而在二次电池体系中，以硫作为正极材料的锂硫电池由于其高理论比容量(1675mah/g)和高理论能量密度(2600wh/kg)（整个锂硫电池的质量比能量可以达到锂离子电池的 3-5 倍），被认为是目前最有潜力的二次电池体系之一。如果锂硫电池替代市场上的现有锂离子电池，那么可以大致理解为，智能手机一次充电可以使用一周，笔记本电脑一次充电可以使用两天，电动汽车一次充电可以驾驶 300 英里。此外，地球中硫资源储量丰富，价格成本低廉，且硫自身含有多种氧化态，容易制备为电极材料。因此，相较于其他电池体系，锂硫电池具有很强的竞争力和应用前景。

但与此同时，在目前的研究中,锂硫电池仍然存在一些难以克服的问题,阻碍了其商业化的的应用,如:硫单质与电池放电终产物硫化锂的电子导电率较低,不利于电化学过程的发生;正极材料在循环过程中伴随较严重的体积效应,会导致材料在集流体表面的脱落及粉化,影响电池的使用寿命;电池在充放电循环过程中,中间产物的长链多硫化锂会扩散到锂负极发生电沉积,产生“穿梭效应”,进而使其库伦效率降低,破坏电池的循环稳定性,导致性能降低等等。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

本课题将聚焦锂硫电池阴极结构的优化和电化学性能的提升，探究材料合成的工艺对材料形貌和性能的影响，对阴极结构优化的机理进行研究，从而探寻三维石墨烯—钛氧化物复合结构与电池性能间的相关性，为锂硫电池阴极材料的发展提供新思路。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第3－8周：按照设计方案，制备三维石墨烯包覆的钛氧化物/硫复合材料，并进行扣式电池的组装。

第9－11周：采用xrd、fe-sem、tg-dsc、cv等测试技术对复合材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] q.pang, x. liang, c.y. kwok, l.f. nazar, advances in lithium–sulfur batteriesbased on multifunctional cathodes and electrolytes, nature energy 1(9)(2016)16132.

[2] g.wang, y. liu, j. ye, w. qiu, s. ma, x. an, fabrication of rod-like ti4o7 withhigh conductivity by molten salt synthesis, materials letters, 186 (2017)361-363.

[3] y.zhang, s. yao, r. zhuang, k. luan, x. qian, j. xiang, x. shen, t. li, k. xiao,s. qin, shape-controlled synthesis of ti4o7 nanostructures undersolvothermal-assisted heat treatment and its application in lithium-sulfurbatteries, journal of alloys and compounds, 729 (2017) 1136-1144.