鋰硫電池正極材料的研究.pdf

1、鋰硫電池是具有高能量密度的非常有前途的下一代可充電新型儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。它的體系比能量高達(dá)2600 Wh/Kg。此外，單質(zhì)硫在自然界中廣泛存在，且成本低廉環(huán)境友好。雖然鋰硫電池有著比較明顯優(yōu)勢(shì)，但是就目前發(fā)展水平來(lái)說(shuō)還有許多問(wèn)題需要解決。例如:放電比容量低、壽命短等等。導(dǎo)致這些缺點(diǎn)的主要因素大致包括:正極活性物質(zhì)硫的絕緣性(在室溫下電導(dǎo)率僅為5×10-30 S/cm);在電化學(xué)反應(yīng)中，體系會(huì)不可逆的產(chǎn)生多硫化物以及多硫化物的溶解等問(wèn)題。因此

2、，提高鋰硫電池性能的關(guān)鍵，在于改善硫正極材料的導(dǎo)電性、避免多硫化物溶解。鑒于此，我們采用簡(jiǎn)單易規(guī)?；姆椒ǚ謩e制備了椰殼炭/硫復(fù)合材料、活性白土/硫復(fù)合材料，以及通過(guò)利用鋰硫電池正極用特殊吸附層膜材料來(lái)改善多硫化物的溶解問(wèn)題。通過(guò)利用掃描電鏡、X-射線粉末衍射儀、藍(lán)電測(cè)試系統(tǒng)等儀器，對(duì)材料進(jìn)行了物理以及電化學(xué)表征。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.以椰子殼為碳源，制備一種新型碳/硫復(fù)合材料。在充放電過(guò)程中，這種復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)不僅可以為活

3、性物質(zhì)硫的體積膨脹提供緩沖空間，還能吸附反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的多硫化物，減弱它們的遷移效應(yīng)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，椰殼炭/硫復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)越的電性能。在0.1C的放電倍率下，首次放電比容量為878 mAh/g，經(jīng)過(guò)50周充放電循環(huán)后，比容量依然可以較高地保持在774 mAh/g，說(shuō)明這種復(fù)合材料組裝成電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)充放電達(dá)到200循環(huán)時(shí)，放電比容量還能保持在600 mAh/g左右。
　　2.以活性白土為負(fù)載硫的載體，制備活性白土/

4、硫復(fù)合材料。活性白土是一種由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的納米棒相互交叉形成的類“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)且具有較大的比表面積的多孔性強(qiáng)吸附作用的材料。我們采用高溫固相法，探索適宜的活性物質(zhì)的負(fù)載量。當(dāng)活性物質(zhì)硫的負(fù)載質(zhì)量達(dá)到復(fù)合材料的57％時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)放電倍率為0.1C時(shí)，首次放電比容量高達(dá)959.6mAh/g，經(jīng)過(guò)50周充放電循環(huán)后，比容量依然保持在700.9 mAh/g。這種特殊結(jié)構(gòu)的基體材料為鋰硫電池的發(fā)展提供了一種新的思路

5、。
　　3.以無(wú)紡布為原料，制備一種具有特殊吸附特性的復(fù)合膜材料。這種復(fù)合膜是由碳化的無(wú)紡布與科琴黑組成。將優(yōu)化得到適宜的孔隙率、吸液率和電子導(dǎo)電率的復(fù)合膜材料放置于鋰硫電池正極極片與隔膜之間。通過(guò)克服體系的缺點(diǎn)來(lái)進(jìn)一步改善鋰硫電池的電性能。在0.1C的放電倍率下，當(dāng)復(fù)合膜作為吸附層，放置于載有70％硫含量的集流體上時(shí)，放電比容量第一周高達(dá)1486mAh/g，經(jīng)過(guò)百次充放電循環(huán)后，比容量依然較高的保持在858 mAh/g。從試驗(yàn)結(jié)