石墨烯基鋰硫電池正極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰硫二次電池具有高的理論比容量、原料價格低廉和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點。但是在整個鋰硫電池體系當(dāng)中，單質(zhì)硫、放電終產(chǎn)物具有電絕緣性，充放電過程中形成的中間產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液，這些都導(dǎo)致活性物質(zhì)利用率降低和循環(huán)穩(wěn)定性變差。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、大的比表面積、良好的機械強度及化學(xué)穩(wěn)定性。本文利用石墨烯和氧化石墨作為碳材料，制備了幾種新型的碳硫復(fù)合材料，包括石墨烯/硫熱復(fù)合材料、包覆硫、乙炔黑/硫復(fù)合材料和乙炔黑/石墨烯/硫復(fù)合材料；采用X

2、RD、SEM、BET、EDAX等手段對復(fù)合材料進行了表征，同時對復(fù)合材料進行電化學(xué)性能測試并對比了幾種材料的電化學(xué)性能。
　　通過兩步熱復(fù)合的方法制備的石墨烯/硫復(fù)合材料具有石墨烯的片層結(jié)構(gòu)，單質(zhì)硫均勻分布在石墨烯片層及孔洞中，沒有出現(xiàn)明顯的硫團聚現(xiàn)象。采用兩步還原方法制備了一種核殼結(jié)構(gòu)的類球形包覆硫材料，材料外表層為碳材料，核心為單質(zhì)硫。電化學(xué)性能測試表明，在電流密度為100mAh/g下，石墨烯/硫熱復(fù)合材料的首次放電容量為81

3、1.5mAh/g，循環(huán)50次后容量降至356.1mAh/g；包覆硫材料的首次放電容量為609.7mAh/g，循環(huán)50次后容量降至278.1mAh/g。雖然包覆硫材料在開始的4次充放電循環(huán)中比容量有所增加，但隨后比容量下降很快，整體上包覆硫的循環(huán)穩(wěn)定性低于石墨烯/硫熱復(fù)合材料?？傮w上看來，半包覆方式的材料雖然在充放電初期會有較大容量的損失，但充放電后期循環(huán)穩(wěn)定性較好；而全包覆方式的材料，如果包覆的硫顆粒過大的話，可能會導(dǎo)致其電化學(xué)性能變差

4、。
　　利用二硫化碳作為單質(zhì)硫的溶劑，二甲基甲酰胺作為碳材料的分散劑，通過加熱揮發(fā)二硫化碳使硫再結(jié)晶制備了乙炔黑/硫復(fù)合材料和乙炔黑/石墨烯/硫復(fù)合材料。顯微形貌觀察表明單質(zhì)硫均勻地包覆在碳材料表面，沒有出現(xiàn)明顯的硫團聚和硫堆積現(xiàn)象。電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示，在電流密度為100mAh/g下，乙炔黑/硫復(fù)合材料的首次放電比容量為821.5mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后降至611.2mAh/g；乙炔黑/石墨烯/硫復(fù)合材料的首次放電比容量為