三維石墨烯-納米硫電極材料的一步合成及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、在生態(tài)環(huán)境的惡化以及人們對(duì)于能源需求日益高漲的大背景下，尋求一種高儲(chǔ)能的新型鋰離子二次電池已經(jīng)成為科研的熱點(diǎn)。硫由于在自然中儲(chǔ)量豐富，無(wú)污染，成本低且儲(chǔ)能密度高(1675mAh/g)，鋰硫電池也為人們探索的方向提供了一種可能。但是，鋰硫電池其自身也存在著天生不足的限制，例如硫單質(zhì)以及其放電產(chǎn)物 Li2S的不導(dǎo)電性，再如鋰硫電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的“飛梭效應(yīng)”，充放電過(guò)程中產(chǎn)生的體積應(yīng)變等等。
　　本課題以三維石墨烯作為硫的載體，以

2、硫代硫酸鈉作為硫源。將氧化石墨烯溶液與硫代硫酸鈉溶液混合，添加具有還原性的抗壞血酸(VC酸)與具有酸性的鹽酸(HCl)混合液，一方面VC酸可以有效的去除氧化石墨烯中含氧官能團(tuán)，促進(jìn)片層與片層之間進(jìn)行堆疊，進(jìn)而形成三維結(jié)構(gòu)，另一方面，鹽酸電離出來(lái)的 H+與硫代硫酸鈉參與反應(yīng)，生成細(xì)小顆粒的硫單質(zhì)，進(jìn)而可以一步法制備3D-rGO/S正極材料。
　　本課題采用具有三維結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯對(duì)硫單質(zhì)進(jìn)行包覆，可以增加體系的導(dǎo)電性能，限制硫單

3、質(zhì)的流失，抑制飛梭效應(yīng)。同時(shí)，其對(duì)于鋰硫電池產(chǎn)生的體積應(yīng)變具有良好的緩沖作用。三維石墨烯片層與片層一方面增大了硫的有效填充空間，另一方面提供了電子以及離子的傳導(dǎo)通道。
　　結(jié)果表明，在120℃，反應(yīng)3h的條件下，碳硫比為1:4時(shí)，制備出來(lái)的正極復(fù)合材料硫含量為46wt%，其放電比容量較其他配比為最高值，可達(dá)1051mAh/g，0.1C(1C=1675mAh/g)倍率下循環(huán)80次，其比容量依然可以達(dá)到884mAh/g，循環(huán)較為穩(wěn)定。