基于MWCNTs和PANI的鋰硫電池正極材料的制備和電化學性能研究.pdf

1、近年來，鋰硫電池由于具有較高的理論比容量（1675mAh/g）和比能量（2600Wh/kg），以及原料價格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點，從而受到了人們的廣泛地關(guān)注。但是硫和硫化鋰的絕緣性、穿梭效應(yīng)以及體積膨脹這三個難題極大地限制了鋰硫電池的發(fā)展。為了解決上述難題，提高鋰硫電池的電化學性能，本文研究了多壁碳納米管（MWCNTs）、聚苯胺（PANI）以及聚苯胺碳化后的多孔碳材料（CPANI）在鋰硫電池正極材料制備過程中的應(yīng)用，并對所制備的正極材料進

2、行了物理表征和電化學性能測試。
　　本論文通過簡單的球磨和熱處理過程制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的S/MWCNTs正極材料，然后在S/MWCNTs正極材料的表面通過化學氧化聚合反應(yīng)原位包覆一層PANI，得到具有雙核殼結(jié)構(gòu)的PANI/S/MWCNTs正極材料。熱重測試（TG）表明PANI/S/MWCNTs材料的含硫量可達68％。電化學性能測試表明，0.2C電流密度下首次放電比容量為1151mAh/g，循環(huán)80次后放電比容量為835mAh/g，

3、具有較高的容量保持率（72.2%）。結(jié)合掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、紅外光譜（FTIR）以及交流阻抗測試（EIS）分析，主要是由于在S/MWCNTs正極材料表面形成完整均勻的PANI包覆層，該包覆層不僅能夠提高正極材料的導電性，還能夠有效地抑制多硫化鋰的溶解。
　　通過苯胺單體和過硫酸銨的快速混合反應(yīng)法制備得到PANI纖維，并在惰性氣氛下對獲得的PANI纖維進行碳化處理，獲得多孔碳材料CPANI，最后通過催

4、化裂解法在CPANI纖維表面生長碳納米管（CNTs），得到復(fù)合碳材料CPANI-CNTs，與單質(zhì)硫復(fù)合后得到正極材料CPANI-CNTs-S。電化學性能測試表明，在0.5C和1C放電倍率下的首次放電比容量分別為1094mAh/g和941mAh/g，0.5C循環(huán)150次之后放電比容量保持在711mAh/g，容量保持率為65%，1C循環(huán)300次之后放電比容量保持在654mAh/g，容量保持率為64%。這主要是由于CNTs的引入會提高了材料的