石墨烯基鋰硫電池正極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰硫二次電池具有高的理論比容量、原料價格低廉和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點。但是在整個鋰硫電池體系當中，單質硫、放電終產(chǎn)物具有電絕緣性，充放電過程中形成的中間產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液，這些都導致活性物質利用率降低和循環(huán)穩(wěn)定性變差。石墨烯具有優(yōu)異的導電性、大的比表面積、良好的機械強度及化學穩(wěn)定性。本文利用石墨烯和氧化石墨作為碳材料，制備了幾種新型的碳硫復合材料，包括石墨烯/硫熱復合材料、包覆硫、乙炔黑/硫復合材料和乙炔黑/石墨烯/硫復合材料；采用X

2、RD、SEM、BET、EDAX等手段對復合材料進行了表征，同時對復合材料進行電化學性能測試并對比了幾種材料的電化學性能。
　　通過兩步熱復合的方法制備的石墨烯/硫復合材料具有石墨烯的片層結構，單質硫均勻分布在石墨烯片層及孔洞中，沒有出現(xiàn)明顯的硫團聚現(xiàn)象。采用兩步還原方法制備了一種核殼結構的類球形包覆硫材料，材料外表層為碳材料，核心為單質硫。電化學性能測試表明，在電流密度為100mAh/g下，石墨烯/硫熱復合材料的首次放電容量為81

3、1.5mAh/g，循環(huán)50次后容量降至356.1mAh/g；包覆硫材料的首次放電容量為609.7mAh/g，循環(huán)50次后容量降至278.1mAh/g。雖然包覆硫材料在開始的4次充放電循環(huán)中比容量有所增加，但隨后比容量下降很快，整體上包覆硫的循環(huán)穩(wěn)定性低于石墨烯/硫熱復合材料?？傮w上看來，半包覆方式的材料雖然在充放電初期會有較大容量的損失，但充放電后期循環(huán)穩(wěn)定性較好；而全包覆方式的材料，如果包覆的硫顆粒過大的話，可能會導致其電化學性能變差

4、。
　　利用二硫化碳作為單質硫的溶劑，二甲基甲酰胺作為碳材料的分散劑，通過加熱揮發(fā)二硫化碳使硫再結晶制備了乙炔黑/硫復合材料和乙炔黑/石墨烯/硫復合材料。顯微形貌觀察表明單質硫均勻地包覆在碳材料表面，沒有出現(xiàn)明顯的硫團聚和硫堆積現(xiàn)象。電化學性能測試結果顯示，在電流密度為100mAh/g下，乙炔黑/硫復合材料的首次放電比容量為821.5mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后降至611.2mAh/g；乙炔黑/石墨烯/硫復合材料的首次放電比容量為