鋰-硫電池用金屬鋰負(fù)極的保護(hù)及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰-硫電池由于具有較高的比能量（2600 Wh g-1）因而在近些年受到廣泛關(guān)注。單質(zhì)硫具有價(jià)格低、含量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，使鋰硫二次電池成為未來(lái)最具競(jìng)爭(zhēng)潛力的二次電池體系。但單質(zhì)硫的絕緣性、反應(yīng)中間產(chǎn)物易溶于電解液以及鋰負(fù)極的損耗等特性造成的電池性能快速衰減，嚴(yán)重限制了鋰-硫電池的實(shí)際應(yīng)用。本論文通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆的方法，在鋰負(fù)極表面分別涂覆氧化石墨烯（GO）涂層和 Al2O3涂層，以期改善鋰硫電池鋰負(fù)極的形貌和穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高鋰-

2、硫電池的電化學(xué)性能。
　　本文首先將導(dǎo)電炭黑與單質(zhì)硫球磨混合后155度熱處理，制得硫含量為65％的硫-碳復(fù)合材料。在氬氣保護(hù)氛圍中，采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法在鋰片表面涂覆氧化石墨烯。通過(guò)XRD對(duì)正極材料的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行表征，通過(guò)SEM對(duì)電化學(xué)循環(huán)前后鋰負(fù)極表面形貌進(jìn)行表征，并分別對(duì)表面涂覆和未涂覆氧化石墨烯的負(fù)極進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試和對(duì)比分析。結(jié)果表明，當(dāng)金屬鋰表面氧化石墨烯涂覆量為0.46 mg cm-2時(shí)，以該金屬鋰為負(fù)極的電池在16

3、0 mA g-1電流密度下循環(huán)50周，正極的放電比容量在785 mAh g-1,表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。特別是，氧化石墨烯保護(hù)層在循環(huán)過(guò)程中始終保持完整的形貌。研究表明，氧化石墨稀對(duì)于由于穿梭效應(yīng)帶來(lái)的金屬鋰的腐蝕和硫正極活性物質(zhì)的損失有一定抑制的作用。本工作進(jìn)一步采用價(jià)格低廉且電化學(xué)惰性的納米氧化鋁作為修飾材料進(jìn)行表面涂覆。將PBX51，碳納米管與單質(zhì)硫按照1.5:1.5:7的比例混合后155度熱處理，制得硫含量為70%的硫碳復(fù)合材料

4、。在氬氣保護(hù)氛圍中，采用旋轉(zhuǎn)涂覆法在鋰片表面涂覆Al2O3。在制備的一系列不同涂覆量氧化鋁保護(hù)的鋰負(fù)極中，氧化鋁涂覆量為0.58 mg cm-2時(shí)，鋰硫電池表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。在160mAg-1的電流密度下，正極首周容量達(dá)到1215mAhg-1，在50周循環(huán)后其容量保持率為70%。使用純鋰片為負(fù)極的電池在50周循環(huán)后，鋰負(fù)極形貌破壞較為嚴(yán)重，而采用Al2O3保護(hù)后的鋰片為負(fù)極的電池在50周循環(huán)后，鋰負(fù)極能夠更好地保持較為平整的形貌。