Yolk-shell型硫-氧化石墨烯復(fù)合正極材料的制備與性能研究.pdf

1、鋰硫電池被認(rèn)為極有可能替代傳統(tǒng)鋰離子電池成為下一代被廣泛應(yīng)用的電池體系。為了解決鋰硫電池存在的問(wèn)題，研究者們提出了許多改進(jìn)的方案，包括對(duì)正極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化等。其中，yolk-shell型復(fù)合材料制備作為一種很好的解決方案受到研究者們的關(guān)注，一些研究者合成了yolk-shell型TiO2-S或yolk-shell型聚合物-S等復(fù)合材料，用作鋰硫電池正極材料。yolk-shell型結(jié)構(gòu)由于殼層及空隙的存在，能夠使內(nèi)部的材料得到很好

2、的保護(hù)作用。
　　yolk-shell型鋰硫電池復(fù)合正極材料通常的制備方法是，包覆硫之后通過(guò)將內(nèi)部的硫部分溶出或者加熱促使殼層內(nèi)部產(chǎn)生空隙。這類(lèi)方法需要將硫部分溶解或反應(yīng)，容易破壞材料完整性，不利于對(duì)硫單質(zhì)的保護(hù)，并且過(guò)程復(fù)雜，不易控制。本課題擬采用具有凹陷結(jié)構(gòu)的硫顆粒，包裹氧化石墨烯后直接獲得具有內(nèi)部空隙的yolk-shell型S-GO復(fù)合材料。
　　本文采用濕化學(xué)方法合成單質(zhì)硫顆粒，研究了硫單質(zhì)制備過(guò)程中工藝條件對(duì)所制得

3、的硫顆粒的形貌產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硫顆粒形貌的調(diào)控，并最終獲得了具有明顯凹陷結(jié)構(gòu)的均勻亞微米硫球。選取氧化石墨烯(GO)作為包覆材料，通過(guò)控制溶液的離子強(qiáng)度，在室溫下完成了GO對(duì)硫單質(zhì)的包覆，復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)改變表面活性劑PVP的添加量，可以得到不同形貌的硫顆粒。PVP可以使合成的硫顆粒尺寸趨于均勻，隨著PVP的增多，硫顆粒的表面會(huì)出現(xiàn)凹陷的結(jié)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)凹陷程度隨PVP的

4、增多而增大。反應(yīng)成功制備出粒徑500nm左右具有凹陷結(jié)構(gòu)的均勻硫球。
　　(2)反應(yīng)物濃度、PVP的分子量、反應(yīng)溫度、鹽酸的用量和酸的種類(lèi)等條件的改變都會(huì)影響到硫顆粒的形貌。獲得具有凹陷結(jié)構(gòu)的硫球的具體實(shí)驗(yàn)條件為:在30℃以下，向100ml的0.04M的Na2S2O3溶液中，加入0.2g表面活性劑PVP，磁力攪拌下滴加0.67ml濃鹽酸反應(yīng)2小時(shí)，抽濾并洗滌。
　　(3) GO包覆具有凹陷結(jié)構(gòu)的硫球后直接形成yolk-she