鋰硫電池用活性碳-硫復(fù)合正極材料的研究.pdf

1、鋰硫電池具有高的理論比容量（1675mAh g?1）和能量密度（2600Wh kg?1），被認為是當(dāng)前最有前景的二次電池體系之一。然而，現(xiàn)階段鋰硫電池技術(shù)的發(fā)展仍然面臨著很多挑戰(zhàn)，主要包括：（1）單質(zhì)硫和放電產(chǎn)物硫化鋰的絕緣性問題；（2）可溶性多硫化物的穿梭現(xiàn)象；（3）放電反應(yīng)過程中硫的體積膨脹問題。為解決上述問題，一種最有效的途徑就是將硫負載到具有高的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率同時又可以限制多硫化物擴散的基體中?；钚蕴家蚓哂懈弑缺砻娣e、大

2、孔容、小尺寸納米孔和高電導(dǎo)率等特點，充分滿足了鋰硫電池正極材料對碳基體的要求，因而具有很大的研究價值。本論文主要研究了超高比表面積生物質(zhì)基活性碳、可調(diào)節(jié)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的活化石墨烯、原位硫還原氧化石墨烯包覆活化石墨烯和三維蜂窩狀生物質(zhì)基活性碳作為硫載體應(yīng)用于鋰硫電池正極材料中的電化學(xué)性能。
　　以廢棄的荔枝殼和芒果核為原材料，通過KOH活化方法，制備了兩種超高比表面積活性碳（比表面積分別為3164m2 g?1和3334m2 g?1）?；?/p>

3、性碳原材料本身所具有的大孔結(jié)構(gòu)有助于活化劑KOH的吸收和分散，促進了活化反應(yīng)充分進行。將這兩種活性碳作為硫載體應(yīng)用于鋰硫電池正極材料中，組裝的電池表現(xiàn)出高放電容量，良好的倍率性能和優(yōu)異的長循環(huán)穩(wěn)定性?；钚蕴季哂械拇蟊缺砻娣e和孔容不僅提高了硫含量（超過70wt％），而且促進了硫均勻分散在活性碳導(dǎo)電骨架內(nèi)，提高了硫正極的導(dǎo)電性。此外，活性碳基體的小尺寸納米孔有效地限制了硫和多硫離子，從而抑制了穿梭效應(yīng)。
　　利用具有可調(diào)節(jié)孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的

4、活化石墨烯（活性碳的一類）做為硫載體，系統(tǒng)研究了其比表面積和孔容，以及不同的硫負載量對鋰硫電池電化學(xué)性能的影響?；罨┎牧暇哂械拇蟊缺砻娣e和孔容不僅提高了硫負載量，而且提高了活性材料利用率。其中，具有較大比表面積（3064m2 g?1）和孔容（2.18cm3 g?1）的活化石墨烯碳（AG3）可以提供更多的反應(yīng)點位，因而增強了硫和放電產(chǎn)物（Li2S2/Li2S）與導(dǎo)電碳骨架的接觸，同時減少了充放電循環(huán)過程中的孔堵塞。因此，負硫量為72

5、%的AG3/S復(fù)合電極在800mA g?1時，經(jīng)過1000圈的長循環(huán)，其容量保持率達到50%。
　　通過高溫原位硫還原的方法，合成了一種具有還原氧化石墨烯包覆層的活化石墨烯/硫多重復(fù)合結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，原位硫還原氧化石墨烯包覆層明顯提高了電極的放電容量和長循環(huán)穩(wěn)定性。該包覆層有利于大電流倍率下快速的電荷傳遞，同時有效地抑制了穿梭效應(yīng)。此外，緊密包覆的囊狀結(jié)構(gòu)可以有效地調(diào)節(jié)放電過程中硫的體積膨脹。因此，制備得到的復(fù)合電極在1

6、600mA g?1的大電流倍率時，經(jīng)過2000圈的長循環(huán)，其容量保持率達到39%，表現(xiàn)出優(yōu)異的長循環(huán)性能。
　　以油菜籽殼為原材料，利用KOH活化方法，制備了一種三維蜂窩狀多級結(jié)構(gòu)活性碳。其獨特的蜂窩狀結(jié)構(gòu)由大量相互連通的直徑在幾百納米到幾微米范圍內(nèi)的大孔構(gòu)成，而孔壁是由相互交錯的厚度僅為幾十納米的薄片組成。將這種活性碳作為硫載體應(yīng)用于鋰硫電池正極材料中，組裝的電池在1600mA g?1的大電流倍率時，1000圈后的容量保持率為4