鋰-硫電池用復(fù)合正極材料的制備及性能研究.pdf

1、伴隨著先進(jìn)便攜式設(shè)備、電動汽車、混合動力汽車和智能電網(wǎng)等的快速發(fā)展，人們急需一種具有長循環(huán)壽命和高能量密度的可充電電池。硫單質(zhì)是一種很有前途的陰極材料，其具有約1675mAhg-1的理論比容量和2600Wh kg-1的理論比能量。此外，硫單質(zhì)在自然界中儲藏豐富、價格低廉且對環(huán)境友好。這些優(yōu)點使鋰-硫電池成為下一代電源最有希望的候選者。然而，在鋰-硫電池商業(yè)化進(jìn)程中，依然有許多復(fù)雜的問題需要解決，包括低的庫倫效率、低的硫利用率以及在循環(huán)過

2、程中快的容量損失。這些問題是由硫及其放電產(chǎn)物低的電導(dǎo)率以及在電極反應(yīng)過程中生成的聚硫化合物的擴(kuò)散、穿梭效應(yīng)和副反應(yīng)引起的。
　　為了解決這些問題，采取一種非常簡單的方法設(shè)計和合成了一種新穎的多孔碳基底。采用海藻酸鈉作為碳源并在氬氣的氛圍下煅燒，即可獲得一種分級多孔碳(HPC)。然后將硫單質(zhì)和預(yù)先合成的HPC混合均勻，在氬氣的保護(hù)下加熱并冷卻至室溫，即可獲得S/HPC的復(fù)合材料。這種硫正極材料表現(xiàn)出很好的電化學(xué)性質(zhì)。通過在充電結(jié)束后

3、加上一步恒壓充電的過程，硫電極反應(yīng)的可逆性得到了進(jìn)一步的提高。在0.1C下循環(huán)50圈后其可逆容量為849.4mAh g-1，在0.5C下循環(huán)100圈后其可逆容量為673.4 mAhg-1，在1C下循環(huán)200圈后其可逆容量為538mAhg-1，這些都表明其具有優(yōu)秀的循環(huán)和倍率性能。
　　此外，在分級多孔碳中構(gòu)建碳納米管網(wǎng)絡(luò)來提高硫正極的性能。通過對碳基底進(jìn)行平衡結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅能有效地限制陰極中的活性物質(zhì)硫，而且還能為電子的傳輸提供

4、高效和穩(wěn)定的通道，有助于提高陰極的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)的完整性。而且，在充電結(jié)束后加上一步恒壓充電的過程，硫電極反應(yīng)的可逆性得到了進(jìn)一步的提高，從而優(yōu)化了陰極的電化學(xué)性能。受益于本文方法，硫陰極首圈放電容量高達(dá)1739 mAhg-1，首國庫倫效率高達(dá)87.5％，并且從第二圈開始其庫倫效率保持在97.5％以上。在0.1C下循環(huán)50圈后其可逆容量為1015 mAh g-1，在1C下循環(huán)200圈后其可逆容量為622 mAh g-1，這些都表明其具有更