埃洛石改性鋰硫電池正極材料的研究.pdf

1、鋰硫電池的理論比容量高達1675mAh/g，能量密度高達2600Wh/kg，遠高于傳統(tǒng)的鋰離子電池，此外，單質(zhì)硫還具有儲量豐富、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點。因此，鋰硫電池被認(rèn)為是最有前景的下一代二次電池之一。但是，單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物L(fēng)i2S的絕緣性、充放電過程硫正極大的體積變化和多硫化合物的飛梭效應(yīng)導(dǎo)致的活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能和倍率性能較差，阻礙了其實際應(yīng)用。本文針對這些不足，設(shè)計了極性HNTs/S、RGO@HNTs/S復(fù)合材料來改善

2、鋰硫電池的電化學(xué)性能，并討論了極性HNTs作為硫載體的可行性。主要研究成果如下:
　　(1)研究了酸處理時間和溫度對HNTs的理化性質(zhì)和孔隙特征的影響。XRD分析表明，酸處理會破壞HNTs的晶體結(jié)構(gòu)，形成非晶SiO2。隨著酸蝕溫度的升高，HNTs的管壁上產(chǎn)生大量蝕孔，且比表面和≤20nm孔徑的孔體積隨之增加。然而，隨著酸蝕時間的增加，HNTs的比表面和總孔體積增加不明顯。XPS測試表明隨著酸蝕時間或溫度的增加，由于Al3+的溶解，

3、導(dǎo)致HNTs中的Al-OH、Al-O官能團的逐漸減少。
　　(2)采用HNTs-80作為硫的載體，研究了不同合成方法（熱熔法、化學(xué)沉積法）對HNTs/S復(fù)合材料電池性能的影響。電化學(xué)測試表明，與熔融法合成的HNTs/S復(fù)合材料相比，化學(xué)沉積法合成的HNTs/S復(fù)合材料的初始放電比容量為912mAh/g，60次充放電循環(huán)后仍保持674mAh/g的可逆比容量，容量保持率為61.8％?；瘜W(xué)沉積法合成的HNTs/S復(fù)合材料具有較高的活性物

4、質(zhì)利用率，從而顯著提高鋰硫電池的放電比容量。表明化學(xué)沉積法合成的HNTs/S復(fù)合電極比熱熔法具有更好的電化學(xué)性能。
　　(3)采用不同酸蝕溫度處理的HNTs作為硫的載體，研究了不同溫度酸蝕HNTs對復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。一方面，酸蝕處理提高了HNTs的比表面且HNTs的管壁表面含有大量極性含氧官能團，這些含氧官能團的存在提高了電極與電解液之間的浸潤性，降低了接觸電阻。另一方而，酸蝕HNTs的管壁上形成了大量的孔隙結(jié)構(gòu)，這些孔隙

5、結(jié)構(gòu)提高HNTs對聚硫陰離子的吸附量，同時提供電解液/Li+的傳輸通道，減少電子和Li+的傳輸距離。電化學(xué)測試表明，80℃刻蝕的HNTs/S復(fù)合材料具有更優(yōu)的電化學(xué)性能。
　　(4)通過一鍋法合成了RGO@HNTs/S復(fù)合材料，在0.1C下循環(huán)100次保持著655mAh/g的放電比容量，容量保持率高達57.8％，在1C電流密度下仍保持556mAh/g的放電比容量。與RGO@S復(fù)合材料相比，RGO@HNTs/S復(fù)合材料展現(xiàn)了更好的容