鋰硫二次電池硫-碳復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、以能量密度高、性能優(yōu)良和價(jià)格低廉的單質(zhì)硫作為正極材料的鋰硫二次電池,近年來得到了廣泛關(guān)注。但由于單質(zhì)硫的絕緣特性,以及其放電過程中多硫化物的高溶解性等因素阻礙了鋰硫二次電池體系的發(fā)展。采用碳硫復(fù)合的方法能夠有效改善單質(zhì)硫作為電池正極材料的性能。特別是,碳材料的高比表面積有利于單質(zhì)硫的充分分散,可改善硫電極的導(dǎo)電性。同時(shí),利用碳材料極強(qiáng)的吸附性,可有效抑制硫電極放電產(chǎn)物的溶解,從而提高硫活性物質(zhì)的利用率和改善硫電極的循環(huán)性能。
　　

2、 本文采用兩步熱處理的方法,成功地將單質(zhì)硫嵌入到碳材料的孔結(jié)構(gòu)中,制備出超導(dǎo)碳黑/硫復(fù)合材料。通過X-Ray衍射、掃描電鏡和氮?dú)馕降仁侄螌?duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,采用恒電流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試手段研究不同硫含量時(shí)復(fù)合材料的電化學(xué)性能變化。研究結(jié)果顯示,當(dāng)硫含量為57、wt％時(shí),復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。特別是,在160mA/g放電電流密度下,該復(fù)合材料經(jīng)過50周循環(huán)后的放電容量仍保持為464 mAh/g,有

3、效地改善了硫電極的循環(huán)性能。
　　 為了研究不同碳材料孔結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響,本文又以聚丙烯腈為基體,選擇不同的金屬鹽作為擴(kuò)孔劑,通過高溫裂解碳化,制備得到了具有高比表面積和介孔/微孔共存的多孔碳材料。研究結(jié)果表明,以CH3COONa作為擴(kuò)孔劑制備得到的碳材料具有比表面積高和孔體積大的特征,且材料的微孔體積接近總體積的一半。當(dāng)以該多孔碳材料與單質(zhì)硫復(fù)合后,復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能。在40mA/g放電電流密度下,該復(fù)