富硫超支化聚合物的合成及其鋰硫電池應(yīng)用研究.pdf

1、鋰硫電池是一種以硫?yàn)檎龢O材料，鋰為負(fù)極材料的新型鋰離子電池。鋰硫電池具有較高的理論比容量(1672 mA·h·g-1)，較高的理論能量密度(2600 W·h·kg-1)，硫儲(chǔ)量豐富且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。然而硫加工困難，硫負(fù)載量低，導(dǎo)電性差，而且硫在放電過(guò)程中生成長(zhǎng)鏈聚硫鋰中間體，在正負(fù)極之間擴(kuò)散穿梭發(fā)生自放電，造成循環(huán)性能的下降。因此，制備一種富硫、易加工、電化學(xué)性能穩(wěn)定的聚合物是提升鋰硫電池電化學(xué)性能的方法之一。本論文針對(duì)這一問(wèn)題開(kāi)展研究

2、，設(shè)計(jì)合成了一種富硫的超支化聚合物(SRHPs)，并將SRHPs應(yīng)用于鋰硫電池正極材料中。
　　本文通過(guò)由硫單質(zhì)(S8)發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)分解產(chǎn)生的長(zhǎng)鏈硫自由基與1，3-二異丙烯基苯(DIB)的硫自由基-雙鍵加成反應(yīng)合成SRHPs。與僅溶于極少數(shù)溶劑的純硫相比，SRHPs因受益于自身支化的分子結(jié)構(gòu)，在一些有機(jī)溶劑中呈現(xiàn)出較高的溶解度——400mg·mL-1。SRHPs具有較大的分子量，最大數(shù)均分子量為5400 g·mol-1，最大重均分

3、子量為23500 g·mol-1。還將乙烯基封端的SRHPs依次通過(guò)硫自由基-雙鍵點(diǎn)擊化學(xué)和Menschutkin季銨化點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，對(duì)SRHPs的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及溶解性進(jìn)行調(diào)控，獲得了水溶性的聚硫化合物。
　　結(jié)合SRHPs的高硫含量及高溶解性，將SRHPs溶解在揮發(fā)性有機(jī)溶劑中，涂覆到一種石墨烯-碳納米管協(xié)同組成的全碳?xì)饽z中，制得鋰硫電池正極材料。采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電和電化學(xué)阻抗等測(cè)試手段研究鋰硫電池的電化學(xué)性能。這種基于

4、SRHPs和全碳?xì)饽z的鋰硫電池的最初比容量達(dá)到1247.6 mA·h·g-1，電池的循環(huán)壽命至少能夠達(dá)到400次，還展現(xiàn)出較理想的倍率性能以及穩(wěn)定在100％左右的庫(kù)侖效率，比以純硫作為正極材料的鋰硫電池表現(xiàn)出更優(yōu)越的電池性能，這歸結(jié)于SRHPs將硫元素通過(guò)C-S共價(jià)鍵連接的化學(xué)固定作用，成功地抑制了鋰硫電池穿梭效應(yīng)。三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的全碳?xì)饽z提升了電極材料的導(dǎo)電性，也提升了鋰硫電池的電化學(xué)性能。SRHPs兼具高溶解性、可功能化性質(zhì)和優(yōu)越