鋰硫電池碳-硫正極材料的設(shè)計制備和性能研究.pdf

1、單質(zhì)硫的理論比容量為1675 mAh g-1，同時具有資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點，與金屬鋰構(gòu)成鋰硫電池，其理論能量密度高達(dá)2600Wh kg-1。因此鋰硫電池被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的可充電電池體系之一。然而單質(zhì)硫的電絕緣性、多硫化物溶解穿梭等問題導(dǎo)致鋰硫電池活性物質(zhì)利用率低、電池循環(huán)壽命短，嚴(yán)重限制了鋰硫電池的商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。本論文通過設(shè)計制備具有特殊結(jié)構(gòu)碳材料作為載硫基體，制備新型碳/硫復(fù)合正極材料來改善鋰硫電池性能。主要研究內(nèi)

2、容和結(jié)果如下:
　　(1)以石墨烯為形貌導(dǎo)向材料，通過水熱反應(yīng)和氫氧化鉀輔助高溫碳化的方法，制備出夾層結(jié)構(gòu)等級多孔碳納米片材料作為載硫基體。包覆在石墨烯表面的多孔碳層保證硫的高負(fù)載量和均勻分布，內(nèi)部的石墨烯層保證復(fù)合材料的高電導(dǎo)率。通過熔融擴散的方法制備碳/硫復(fù)合正極材料應(yīng)用于鋰硫電池，具有較好的電化學(xué)性能，0.5C首次放電比容量達(dá)到1291.5 mAh g-1，循環(huán)100次后放電比容量超過650 mAh g-1。
　　(2

3、)通過靜電吸附的方法，在介孔碳/硫(CMK-3/sulfur)表面自組裝均勻包覆了15-20 nm厚度的石墨烯保護(hù)層。經(jīng)過300℃熱處理后，硫均勻地分布在CMK-3孔道以及與石墨烯的空隙之間。石墨烯包覆層有助于提高復(fù)合材料中的硫含量以及抑制多硫化物的溶解擴散。石墨烯包覆層和介孔碳協(xié)同作用使得rGO@CMK-3/sulfur復(fù)合材料擁有優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.1 C和1C電流密度下100次充循環(huán)放電后，可逆容量分別為650 mAh g-1