鋰硫電池用碳-硫復(fù)合正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車、便攜式電子設(shè)備等對(duì)于高性能儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求的快速增長(zhǎng)，具有極高的理論比容量(1675 mAh g-1)和理論比能量(2600 Wh kg-1)的鋰硫電池體系受了研究者的廣泛關(guān)注。同時(shí)，單質(zhì)硫儲(chǔ)量豐富，無(wú)毒，低成本且環(huán)境友好的特點(diǎn)使其成為了下一代高能量密度二次電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，單質(zhì)硫及放電產(chǎn)物硫化鋰導(dǎo)電性差，硫電極體積膨脹且中間產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液中造成的“穿梭效應(yīng)”嚴(yán)重影響著鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性。在鋰硫電池

2、正極材料中，碳/硫復(fù)合材料被認(rèn)為是最有潛力的。因此本文采用氮摻雜碳基材及氧化石墨烯作為復(fù)合材料中的碳源，分別通過(guò)熱熔載硫及氧化石墨烯包覆制備了兩種碳/硫復(fù)合材料，并考察了其電化學(xué)性能并深入研究了其充放電機(jī)理，具體工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)多孔富氮碳基材用于鋰硫電池的研究。
　　一方面碳基材對(duì)于改善鋰硫電池硫正極的電化學(xué)性能至關(guān)重要。另一方面有研究表明碳材料中的氮摻雜能夠有效抑制鋰硫電池充放電過(guò)程中多硫化物的溶解擴(kuò)散

3、。因此，本文采用天然含氮的絲素蛋白作為碳源，通過(guò)高溫碳化、活化制備多孔富氮碳基材用于鋰硫電池。電化學(xué)測(cè)試表明，該復(fù)合材料在0.2 C倍率下60次循環(huán)后可逆容量為815 mAh g-1。此外，在1 C的大電流下200次循環(huán)后仍保有567 mAh g-1的可逆容量。多孔富氮碳/硫復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)性能主要得益于碳基材的分層介孔結(jié)構(gòu)，高比表面積以及碳網(wǎng)絡(luò)中的氮摻雜。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為鋰硫電池碳/硫正極復(fù)合材料的研究提供了一種新的思路。
　　

4、(2)氧化石墨烯包覆硫顆粒用于鋰硫電池的研究。
　　石墨烯或氧化石墨烯具有較大的比表面積，良好的化學(xué)穩(wěn)定以及適宜的機(jī)械強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)在低溫下對(duì)硫顆粒進(jìn)行包覆。本文中，首先在水溶液中聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的輔助下制備不同形貌的硫微球，隨后利用靜電吸附實(shí)現(xiàn)硫微球表面氧化石墨烯（GO）的包覆。掃描電鏡觀察可發(fā)現(xiàn)獲得的硫微球分別為實(shí)心和中空結(jié)構(gòu)，且氧化石墨烯實(shí)現(xiàn)了對(duì)硫微球的完全包覆。熱重分析表面氧化石墨烯/中空硫微球（GO@HS）復(fù)合材