鋰硫電池硫基復(fù)合正極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰硫電池具有較高的容量密度（1675 mAh g-1）和能量密度（2600 Wh kg-1），是動(dòng)力電池的理想選擇。單質(zhì)硫作為鋰硫電池正極材料，具有資源豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。然而，作為電極材料的單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物（Li2S2/Li2S）是電子絕緣體，其活性物質(zhì)利用率較低；多硫化物易溶于電解液，產(chǎn)生穿梭效應(yīng)，造成活性物質(zhì)的流失；另外，活性物質(zhì)在循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，破壞電極結(jié)構(gòu)。因而嚴(yán)重制約了鋰硫電池的應(yīng)用。
　　本文

2、圍繞單質(zhì)硫存在的以上問題，設(shè)計(jì)并合成三種鋰硫電池硫基復(fù)合正極材料。研究發(fā)現(xiàn)，這三種正極材料不僅能提高硫的導(dǎo)電率，同時(shí)，還可有效抑制多硫化物的溶解，具有良好的電化學(xué)性能。
　?。?）采用化學(xué)沉積法，通過控制硫和磷酸鐵的相對(duì)含量，制備了一系列粒徑較小，分布均勻的硫/磷酸鐵納米材料。測(cè)試結(jié)果表明，正極材料S-76.9具有最高的放電容量，在0.1 C、0.5 C和1 C下的放電容量分別為714.1、496和411 mAh g-1。在此基礎(chǔ)

3、上，又合成了硫/磷酸鐵/氧化石墨烯（SFGO）正極材料，發(fā)現(xiàn)：SFGO在1 C倍率下的首次放電容量為1337.8 mAh g-1，100圈循環(huán)后放電容量仍保持在608.9 mAh g-1，庫倫效率保持在94％。磷酸鐵和氧化石墨烯的加入有效地提高了活性物質(zhì)硫的利用率，且在一定程度上抑制了多硫化物的溶解并緩沖活性物質(zhì)在充放電過程中的體積膨脹。
　　（2）采用流變相法，制備了硫/碳納米管（ SCNT）和硫/磷酸鐵/碳納米管（SFCNT）

4、正極材料。測(cè)試結(jié)果表明，通過熱處理，硫可有效滲透到碳納米管內(nèi)部，并且磷酸鐵能有效地修飾碳納米管，改善電池的循環(huán)穩(wěn)定性，提高電池的放電容量。在0.5 C倍率下循環(huán)200圈后，SCNT、SFCNT-155、SFCNT-500、SFCNT-600和SFCNT-700的容量保持率分別為21.1%、33.9%、43.4%、56.9%和61.6%。材料中加入磷酸鐵，其循環(huán)穩(wěn)定性高于未加磷酸鐵的材料，SFCNT-700能顯著提高鋰硫電池的電化學(xué)性能。

5、碳納米管和磷酸鐵的協(xié)同效應(yīng)可有效提高活性物質(zhì)硫的利用率，并能阻止多硫化物的溶解，使鋰硫電池保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　?。?）通過水熱法，以氧化石墨烯為模板，葡萄糖為碳源，合成多孔的炭氣凝膠。采用化學(xué)沉積法在炭氣凝膠和氧化石墨烯表面生成粒徑較小，分散均勻的納米硫。測(cè)試結(jié)果表明：硫含量為66.7%的材料具有較高的放電容量，在0.1 C、0.2 C、0.5 C、1 C和2 C倍率下的放電容量分別為1258.5、790.6、631.4、2