AAO模板改性及其在制備硫復(fù)合納米陣列正極材料的應(yīng)用研究.pdf

1、鋰硫電池是近些年來(lái)科研工作者的研究熱點(diǎn)，因其具有較高理論比容量、正極硫材料易獲得、環(huán)境友好而受到廣泛的期待與探索。但是在鋰硫電池體系中，由于正極活性物質(zhì)的絕緣及在當(dāng)前正極體系下活性物質(zhì)易流失導(dǎo)致循環(huán)性能低、實(shí)際比容量大大低于理論值，并且循環(huán)充放電時(shí)“體積效應(yīng)”導(dǎo)致電池整體在一定的安全問(wèn)題，制約了鋰硫電池在現(xiàn)實(shí)中工業(yè)化普及。在本實(shí)驗(yàn)工作中，通過(guò)將多孔陽(yáng)極氧化鋁（AAO）模板為出發(fā)點(diǎn)，利用純度為99.5％普純鋁片在常溫下制備出孔徑在40-8

2、0nm、厚度在10um左右的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板，并通過(guò)提出的階梯降流法對(duì)模板的阻擋層進(jìn)行減薄，利用改性模板直接電化學(xué)聚合聚吡咯（PPy）納米線陣列、制備碳納米管作為正極導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電陣列中負(fù)載硫作為正極材料并組裝成電池，以期改善鋰硫電池的相關(guān)電化學(xué)性能。
　　實(shí)驗(yàn)中采用普純鋁（純度為99.5%），以H2C2O4作為電解液，恒電壓，在30℃下，采用二次陽(yáng)極氧化法制備了規(guī)整的多孔氧化鋁模板。在場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESE

3、M）觀察發(fā)現(xiàn)普純鋁片的退火預(yù)處理對(duì)于得到規(guī)整的納米孔結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，混合酸溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為分別1.8%H2Cr2O4+6%H3PO4）在60℃下對(duì)多孔氧化鋁模板的腐蝕速率約為0.71um/min；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%H3PO4溶液在室溫（30℃）下對(duì)多孔氧化鋁模板的擴(kuò)孔速率約為1.47nm/min。
　　為減薄阻擋層，便于利用鋁-多孔氧化鋁模板直接制備納米導(dǎo)電陣列材料，結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件提出了階梯降流法減薄阻擋層工藝：通過(guò)確定在特定溫度下不同電

4、流-電壓平衡數(shù)據(jù)，然后梯度改變二次陽(yáng)極氧化電流的大小，當(dāng)電流-電壓達(dá)到平衡狀態(tài)，馬上進(jìn)行下一步的降流，通過(guò)常溫下的高反應(yīng)速率、減少在各電壓平衡狀態(tài)的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了在常溫下快速、高效減薄阻擋層。相比于傳統(tǒng)的階梯降壓法和化學(xué)腐蝕法減薄阻擋層相比能有效保持模板形貌的同時(shí)又能避免模板底部形成“V”型孔道結(jié)構(gòu)。
　　通過(guò)階梯降流法得到阻擋層減薄的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板后，我們通過(guò)電化學(xué)聚合聚吡咯納米線陣列，發(fā)現(xiàn)在乙腈（AN）+高氯酸鋰（LiC

5、lO4）體系下，聚合電壓采用恒電壓0.7V極化，通過(guò)FESEM和XRD表征，發(fā)現(xiàn)能很好的在改性多孔模板生長(zhǎng)出聚吡咯納米線導(dǎo)電陣列結(jié)構(gòu)。隨后，我們也采用乙腈為碳源，在管式爐中、氬氣保護(hù)下，在改性多孔模板中碳化得到碳納米管導(dǎo)電陣列結(jié)構(gòu)。
　　最后通過(guò)對(duì)沉積了聚吡咯的多孔氧化鋁模板的腐蝕處理獲得直立的聚吡咯納米線導(dǎo)電陣列結(jié)構(gòu)以及利用改性模板碳化碳源得到的碳納米管導(dǎo)電陣列結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了改性模板+硫碳、改性模板+聚吡咯納米線陣列+硫碳、改性模