鋰硫電池碳—硫復合材料中碳載體的雜化納米結(jié)構(gòu)設(shè)計和氮摻雜改性研究.pdf

1、近年來，鋰硫電池成為世界各國備受關(guān)注的新一代高能二次電池。在鋰硫電池正極材料中，碳-硫復合材料是最有潛力的，并取得了很大的研究進展，但是仍存在一些問題，如中間產(chǎn)物在電解液中的溶解擴散，高倍率條件下電化學性能不理想，復合材料中硫含量低等。針對上述問題，本文在國家自然基金（51274240與51204209）的資助下，以鋰硫電池碳-硫復合材料為研究對象，通過對碳載體的納米雜化結(jié)構(gòu)設(shè)計和氮摻雜改性研究，在一定程度上有效解決了這些問題。論文的主

2、要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)為解決多孔碳-硫復合材料中多硫化鋰的溶解擴散問題，設(shè)計了由石墨烯(RGO)和介孔碳CMK-3兩種碳材料構(gòu)成的雜化納米結(jié)構(gòu)碳載體，并制備了復合材料RGO@CMK-3/S。包覆在CMK-3/S顆粒表面的RGO不僅能夠進一步提高復合材料的導電性，而且能夠起到物理阻隔的屏障和化學吸附的作用抑制或避免多硫化鋰的擴散遷移。測試結(jié)果顯示，0.5 C倍率下，100次循環(huán)后，RGO@CMK-3/S仍能保持約734 mA

3、h g-1的可逆比容量。
　　(2)為改善碳-硫復合材料在高倍率下的電化學性能，設(shè)計了由RGO和多壁碳納米管網(wǎng)(MWCNTs-W)構(gòu)成的三維雜化納米結(jié)構(gòu)碳載體，并制備了復合材料RGO@MWCNTs-W/S。在高溫條件下，多壁碳納米管經(jīng)過KOH的化學活化作用后，管壁表面變得粗糙并引入了一些含氧官能團，這些缺陷有利于單質(zhì)硫在MWCNTs-W中的均勻分布。由于MWCNTs-W和RGO能提供快速的電子和Li+傳輸通道，因此RGO@MWCN

4、Ts-W/S能夠適應(yīng)快速的電化學反應(yīng)過程，5C倍率下，200次循環(huán)后可逆比容量高達620 mAhg-1。
　　(3)采取化學還原法和高溫熱解法等方法制備了氮摻雜改性的多孔碳纖維(N-PCNF)，隨后制備了復合材料N-PCNF/S。氮摻雜不僅可以有效提高碳載體的導電性，而且還能在一定程度上改善碳載體對多硫化鋰的吸附性能。測試結(jié)果表明，1C倍率下，200次循環(huán)后，含硫量為77.01 wt％的N-PCNF/S依然表現(xiàn)出高達666.0 m