硫基復(fù)合納米纖維的制備及其用于鋰硫電池正極材料研究.pdf

1、在新一代的能量存儲與轉(zhuǎn)換的器件中，鋰離子電池作為二次電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到生活中，然而其比能量密度有限，難以超過300Wh kg-1，因此亟需開發(fā)比容量更高的電池。鋰硫電池具有非常高的理論能量密度（2600Wh kg-1）和理論比容量（1675mAh g-1），且自然界硫資源豐富、成本低廉、無毒、環(huán)境友好，因此鋰硫電池是一種極具開發(fā)潛力和應(yīng)用前景的高性能二次電池。目前在鋰硫電池正極材料研究方面，為了改善電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性，研究者采用碳

2、材料、導(dǎo)電聚合物、金屬納米氧化物等材料與單質(zhì)硫復(fù)合，其中最常見的是硫/碳復(fù)合材料。
　　本文采用微乳液法制備二氧化硅中空納米球，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)，制備出二氧化硅/聚丙烯腈復(fù)合納米纖維，經(jīng)過高溫碳化和負載硫后得到硫/二氧化硅/碳復(fù)合納米纖維（S/SiO2/CNFs），這種材料中的中空SiO2用于存儲硫以及吸附多硫化物，而導(dǎo)電碳纖維用于進行導(dǎo)電。采用循環(huán)伏安法、交流阻抗譜和恒流充放電測試對該材料的電化學(xué)性能進行研究，結(jié)果表明二氧化硅中

3、空納米球的加入提高了電池的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　本文進而研究了多孔硫基復(fù)合納米纖維的制備及其電化學(xué)性能，通過形成多孔碳纖維來增大材料的比表面積和抑制正極材料體積膨脹。首先，研究了KOH活化處理對SiO2/CNF復(fù)合納米纖維的影響。采用1M KOH溶液對SiO2/CNFs進行活化處理，形成了多孔的硫/二氧化硅/碳復(fù)合納米纖維（S/SiO2/PCNFs），所得材料在0.1C倍率下初始放電比容量為1010mAh g-1，50次循

4、環(huán)后比容量為374mAh g-1。對比未經(jīng)KOH處理的S/SiO2/CNFs，其性能反而有所降低，這是由于高溫下KOH的分解物與SiO2發(fā)生反應(yīng)，破壞了SiO2/CNFs的結(jié)構(gòu)，削弱了SiO2中空納米球?qū)w維性能的改善作用。
　　其次，研究了Zn(CH3COO)2醇溶液活化處理對S/CNF復(fù)合納米纖維的影響。采用了不同濃度的Zn(CH3COO)2醇溶液進行處理形成多孔的硫/碳復(fù)合納米纖維（S/PCNFs）復(fù)合納米纖維，發(fā)現(xiàn)用濃度為

5、0.125 M的Zn(CH3COO)2醇溶液處理過的纖維載硫后的循環(huán)穩(wěn)定性最好，在0.1C的倍率下其初始放電比容量為980mAh g-1，50次循環(huán)后比容量為689mAh g-1；在1C倍率下其初始放電比容量為681mAh g-1，300次循環(huán)后比容量為505mAh g-1，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。隨著Zn(CH3COO)2濃度降低，電池比容量和循環(huán)穩(wěn)定性下降。
　　最后，采用濃度為0.125M的Zn(CH3COO)2醇溶液處理S