聚吡咯-TiO2納米管陣列復(fù)合材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、較高的理論比容量（1675 mAh/g）使得鋰硫電池在未來能量轉(zhuǎn)換和儲存領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。然而其總體的循環(huán)穩(wěn)定性較差，能量效率較低，阻礙了其在實際應(yīng)用中的發(fā)展。本文中設(shè)計了一種 PPy/TiO2同軸異質(zhì)結(jié)納米管陣列結(jié)構(gòu)作為正極材料基底，以期改善鋰硫電池的電化學(xué)性能。在此陣列結(jié)構(gòu)中，沉積了PPy的TiO2納米管陣列為鋰離子的擴散及其與硫反應(yīng)提供了有序規(guī)整的導(dǎo)電骨架，同時對反應(yīng)過程中生成的多硫化物有一定的吸附作用，減緩了電池容量的

2、衰減。
　　本實驗采用兩步陽極氧化法在含氟鹽的有機電解液中制備了高度有序的TiO2納米管陣列。場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）和X射線衍射儀（XRD）表征結(jié)果顯示，制備出的TiO2納米管高度有序平行排列，管徑約120 nm，管長約30μm，為銳鈦礦晶型。
　　采用三電極體系，在含對甲苯磺酸鈉（TsONa）的水系電解液中，在 TiO2納米管陣列上電化學(xué)聚合沉積了PPy，并考察了沉積電流和聚合時間對PPy/TiO2 NTs復(fù)合材料

3、形貌和電導(dǎo)的影響，結(jié)果顯示，以恒電流1.0 mA/cm2進行電化學(xué)聚合15min，得到的PPy/TiO2納米管陣列復(fù)合材料陣列結(jié)構(gòu)微觀形貌最為規(guī)整，PPy膜厚度適中，電導(dǎo)率性能優(yōu)異，較適合作為正極材料基底去負載硫。
　　通過共熱的方式將單質(zhì)硫負載進入 PPy/TiO2納米管基底陣列中制備 S/PPy/TiO2 NTs正極復(fù)合材料，并且考察了不同的負載方式和溫度對單質(zhì)硫負載量的影響。發(fā)現(xiàn)以含硫的甲苯溶液浸泡法制備得到的S/PPy/T

4、iO2 NTs正極復(fù)合材料具有較高的硫負載量，且在高溫處理過程中PPy與硫產(chǎn)生了化學(xué)鍵的作用。
　　最后將制備好的正極復(fù)合材料作為正極片進行了電池的安裝及電化學(xué)測試，通過對比S/TiO2 NTs、S/PPy/TiO2 NTs-160和S/PPy/TiO2 NTs-300三種正極材料，證明了復(fù)合材料中PPy的存在能提升電池的電化學(xué)性能。在三個電池中，S/PPy/TiO2 NTs-160表現(xiàn)出最高的首次放電比容量1123.7 mAh/

5、g，而S/PPy/TiO2 NTs-300表現(xiàn)出最為優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能，其比容量在100次充放電循環(huán)后仍有1150 mAh/g左右，庫倫效率保持96％左右，證明了負載硫過程中的熱處理溫度對電極材料的性能有較大的影響，推測原因為不同溫度處理下單質(zhì)硫的存在形式不同。硫在S/PPy/TiO2 NTs-160中的存在形式主要為 S8大分子以及其與聚吡咯形成的C-S8化學(xué)鍵合作用，而其在S/PPy/TiO2 NTs-300中的存在形式主要由少部分