高導(dǎo)電性硫基復(fù)合正極材料的研制.pdf

1、隨著新能源、清潔能源產(chǎn)業(yè)的廣泛發(fā)展，可充式、高能量密度電池受到空前關(guān)注。其中，鋰硫電池因具有高容量、能量密度、低成本等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是當(dāng)前最具吸引力的二次電池體系之一。本研究中以鋰硫電池用聚丙烯腈/硫復(fù)合正極材料為研究對(duì)象，從聚丙烯腈原料選取及形貌、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面進(jìn)行試驗(yàn)，研究討論了各試驗(yàn)對(duì)PAN/S復(fù)合材料的電化學(xué)性能的改進(jìn)情況。
　　聚丙烯腈原料在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中多以嵌段形式存在，研究中選用兩種工業(yè)用嵌段PAN分別與硫復(fù)

2、合，考察所得材料與之前均聚PAN/S材料的性能差異，并驗(yàn)證原材料比例、反應(yīng)時(shí)間條件對(duì)其性能的影響。采用SEM觀察嵌段PAN顆粒呈多孔、球形狀，直徑超過(guò)10μm。測(cè)試表明，直接由嵌段PAN制備的復(fù)合材料，電化學(xué)極化嚴(yán)重，硫利用率低；采用球磨法可將此大顆粒、半封閉狀的顆粒打散，提高材料的硫含量并改善其電化學(xué)性能。充放電測(cè)試表明，球磨處理后材料的充放電平臺(tái)較處理前材料明顯變寬，放電平均電壓上升，實(shí)際容量接近理論值。
　　在球磨的基礎(chǔ)上，

3、進(jìn)一步采用添加輔助材料金屬釩、導(dǎo)電碳、碳納米管的方法改進(jìn)材料的電化學(xué)性能。SEM觀察表明，添加金屬釩后，材料的表面包覆了一層規(guī)整的、呈六棱柱形的硫化釩晶體，此晶體層既可以提高硫基活性材料的導(dǎo)電性，同時(shí)還可作為部分活性材料。由于此晶體層結(jié)構(gòu)難以維持穩(wěn)定，復(fù)合材料循環(huán)性能較差；添加的導(dǎo)電碳可以深入復(fù)合材料一次顆粒內(nèi)部形成均一的包覆層，測(cè)試結(jié)果表明，材料中的硫利用率及循環(huán)壽命得到有效提高；添加碳納米管后，材料顆粒間均勻的填充了一層碳納米管纖維

4、層，在整個(gè)材料體系形成密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在0.5C條件下測(cè)試，100次循環(huán)后容量保持率達(dá)到96.5％，在7C下放電仍保持有初始可逆容量的71%，材料的循環(huán)性能及倍率特性得到明顯改善。此外還驗(yàn)證了碳納米管含量對(duì)材料性能的影響。
　　為克服原料PAN一次顆粒團(tuán)聚、大顆粒尺寸對(duì)最終復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響，研究中利用了嵌段聚合物的自組裝特性，將嵌段PAN原料溶于溶劑并涂膜，控制外界條件，得到具有納米網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的薄膜正極。同時(shí)，此薄膜正極