SiO2-S-PANI復(fù)合材料在鋰硫電池中的應(yīng)用及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰硫電池因其具有極高的理論比能量，高達(dá)2600 Whkg-1，遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化的鋰離子電池，且正極活性物質(zhì)硫的儲量豐富，價格低廉，環(huán)境友好，所以被認(rèn)為是最有潛力的下一代高容量電池。然而目前鋰硫電池仍有諸多問題亟待解決：單質(zhì)硫和放電產(chǎn)物硫化鋰是絕緣材料導(dǎo)致活性物質(zhì)的利用率極低，需加入大量的導(dǎo)電劑以改善電極的導(dǎo)電性；反應(yīng)過程中單質(zhì)硫會產(chǎn)生中間產(chǎn)物多硫離子，多硫離子可以溶解于電解液中產(chǎn)生穿梭效應(yīng)；活性物質(zhì)在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生體積變化導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)

2、的破壞。本文通過利用二氧化硅對多硫離子的化學(xué)吸附及導(dǎo)電聚苯胺對活性物質(zhì)導(dǎo)電性能改善的協(xié)同作用，設(shè)計制備了具有特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚苯胺/二氧化硅/硫三元復(fù)合材料來改善鋰硫電池電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)以化學(xué)液相法制備了納米硫顆粒，將其與納米二氧化硅在去離子水中超聲混合均勻，隨后使用苯胺單體將二者共同包覆得到仿細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(SPS)。對 SPS復(fù)合材料進(jìn)行了微觀形貌和物相表征，發(fā)現(xiàn)其為以納米硫顆粒為核，導(dǎo)電聚苯胺

3、為殼且納米二氧化硅鑲嵌在殼層中的核殼結(jié)構(gòu)，粒徑約為800 nm。將SPS材料制作成電極極片用于鋰硫電池，在0.2 C的倍率下充放電首次放電比容量可以達(dá)到805 mAh g-1，在循環(huán)300次后仍能保留接近500 mAh g-1的比容量，展現(xiàn)了良好的循環(huán)性能。這要得益于其獨特的仿細(xì)胞結(jié)構(gòu)既改善了活性物質(zhì)的導(dǎo)電性又綜合利用了導(dǎo)電聚苯胺殼層的物理屏障及二氧化硅的化學(xué)吸附作用。
　　(2)首先將納米二氧化硅分散到水溶液中，然后通過硫代硫酸

4、鈉與鹽酸的反應(yīng)，將單質(zhì)硫沉積在納米二氧化硅的表面，再通過過硫酸銨將苯胺單體氧化包覆二氧化硅/硫復(fù)合材料，得到一種火龍果結(jié)構(gòu)復(fù)合材料SSP。對SSP復(fù)合材料進(jìn)行了微觀形貌和物相表征，發(fā)現(xiàn)其為以納米二氧化硅為種子，單質(zhì)硫為果肉，導(dǎo)電聚苯胺為果皮的火龍果型核殼結(jié)構(gòu)，粒徑約為500 nm。將SSP材料制作成電極極片用于鋰硫電池，在0.5 C的倍率下充放電230次放電比容量仍可達(dá)到500 mAh g-1以上，展現(xiàn)了良好的循環(huán)性能。這是由火龍果結(jié)構(gòu)