鋰硫二次電池碳復(fù)合正極材料.pdf

1、作為鋰電池正極材料的單質(zhì)硫，理論比容量為1675mAh/g，理論比能量高達(dá)2600Wh/kg，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前商業(yè)化的鋰離子電池。但由于單質(zhì)硫極低的電導(dǎo)率及放電產(chǎn)物溶解擴(kuò)散等原因，鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用方面仍受到阻礙。從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，本論文對鋰硫電池的正極材料進(jìn)行研究，通過采用具有不同結(jié)構(gòu)的碳材料分別與單質(zhì)硫復(fù)合，制備碳硫正極材料，研究碳材料的結(jié)構(gòu)對制備出的碳硫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能的影響。本論文還研究了電解液、添加劑等因素對鋰硫二

2、次電池電化學(xué)性能的影響。
　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為以S∶C=6∶2作為復(fù)合材料的配比能夠兼顧材料的導(dǎo)電性和電池的能量密度，因此以該比例作為研究鋰硫電池正極材料的基礎(chǔ)配比。碳硫材料經(jīng)過160℃熱處理后其硫含量并未有明顯變化，但其放電比容量及循環(huán)性都得到提高。采用了納米級碳顆粒和多孔活性炭兩種類型的碳材料分別與單質(zhì)硫經(jīng)過160℃熱復(fù)合，對其電化學(xué)性能進(jìn)行分析得知納米級碳顆粒有利于活性物質(zhì)容量的發(fā)揮而碳材料的多孔結(jié)構(gòu)則更有利于電池的循環(huán)性能，因

3、此在制備碳硫復(fù)合材料時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合兩種碳材料以更加有利于材料的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)認(rèn)為以S∶KB∶SP=6∶1∶1為配比的復(fù)合材料較為適合性能的研究。碳硫材料在經(jīng)過160℃、300℃兩步法熱處理后電化學(xué)性能得到較為明顯的改善。
　　對不同電解液進(jìn)行研究后認(rèn)為1MLiTFSI-DOL/DME(v/v=1∶1)的電解液體系粘度小，有利于電荷傳輸，電池的性能較好。在電解液中加入LiNO3作為添加劑后，能使電池的效率從75～80％大幅提高到98～

4、100％，有效地降低了“穿梭效應(yīng)”，極大提高了庫侖效率。在正極材料中加入多孔氧化鋁能夠有效吸附放電過程中生成的聚硫化物，降低電解液粘度，從而顯著改善電化學(xué)極化現(xiàn)象。并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)氧化鋁的加入量為2％，電池循環(huán)至80周時(shí)放電比容量仍保持有641.1mAh/g，表現(xiàn)出極好的循環(huán)性能。在正極材料中加入少量的PEG也能夠改善電化學(xué)極化現(xiàn)象，并且PEG一方面能夠?yàn)椴牧咸峁?yīng)力支撐，另一方面也有利于電解液與正極材料的浸潤和電荷的傳遞。當(dāng)PEG