鋰硫二次電池硫-碳復合材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、以能量密度高、性能優(yōu)良和價格低廉的單質(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,可改善硫電極的導電性。同時,利用碳材料極強的吸附性,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構中,制備出超導碳黑/硫復合材料。通過X-Ray衍射、掃描電鏡和氮氣吸附等手段對復合材料的結構進行了表征,采用恒電流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學測試手段研究不同硫含量時復合材料的電化學性能變化。研究結果顯示,當硫含量為57、wt％時,復合材料表現(xiàn)出良好的電化學性能。特別是,在160mA/g放電電流密度下,該復合材料經(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構對復合材料電化學性能的影響,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。研究結果表明,以CH3COONa作為擴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。當以該多孔碳材料與單質(zhì)硫復合后,復合材料具有良好的電化學性能。在40mA/g放電電流密度下,該復