鋰硫電池硫-碳復(fù)合正極材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、單質(zhì)硫具有2567Wh/kg的理論比能量,并且原料廉價易得,對環(huán)境友好,有望成為高儲能鋰電池體系的正極材料。但是,單質(zhì)硫作為鋰硫電池的正極材料具有一定的制約性,一方面單質(zhì)硫的電子離子絕緣性使其表現(xiàn)為電化學(xué)鈍性;另一方面,放電過程中產(chǎn)生的多硫化物易溶于電解液,容易引發(fā)“穿梭效應(yīng)”,造成活性物質(zhì)流失、鋰硫電池循環(huán)性能較差。
　　為改善以上問題,本論文采用液相化學(xué)沉積法制備了一系列硫/碳復(fù)合材料。結(jié)果表明:由采用真空浸漬步驟的液相化學(xué)沉

2、積法制備的硫/碳復(fù)合材料,與球磨法和未采用真空浸漬步驟的液相化學(xué)沉積法得到的樣品相比,硫/碳復(fù)合材料的團(tuán)簇現(xiàn)象減少,單質(zhì)硫負(fù)載到更深或者更小的碳孔中,復(fù)合材料形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能,特別是優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。采用真空浸漬步驟制備的硫含量為78wt％的硫/碳復(fù)合材料,0.35C充放電時首次放電比容量為1116.1mAh/g(按硫的質(zhì)量計(jì)算),循環(huán)150次后比容量保留534.2mAh/g。當(dāng)硫含量降至59wt%,

3、0.35C充放電時,硫/碳復(fù)合材料的首次放電比容量為1396.9mAh/g,循環(huán)150次比容量后保留683.3mAh/g;2C充放電時,循環(huán)120次后仍能保持429.7mAh/g的放電比容量。
　　在液相化學(xué)沉積法中引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)制備得到一種新型的硫/碳復(fù)合材料。結(jié)果表明,PVP能夠控制單質(zhì)硫的尺寸在納米尺度內(nèi),并且在一定程度上起粘結(jié)劑的作用,有效緩解了多硫化物向電解液的擴(kuò)散溶解;減少了Li2S2/Li2S在正極及鋰

4、負(fù)極表面沉積,保證了電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。0.35C充放電時,硫/碳復(fù)合材料首次放電比容量達(dá)到1360.9mAh/g,120次后比容量保留868.6mAh/g,容量保持率為63.8%;在高倍率2C充放電時,該硫/碳復(fù)合材料首次放電比容量也可達(dá)807.9mAh/g,200次后比容量仍能保留435mAh/g。
　　考察了不同粘結(jié)劑對鋰硫電池電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,明膠能在一定程度上提高鋰硫電池的放電比容量;聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作粘