新型三維石墨烯鋰硫電池正極材料的制備與電性能研究.pdf

1、鋰硫電池是以金屬鋰為負(fù)極、單質(zhì)硫?yàn)檎龢O構(gòu)建的電池體系，其理論比能量可達(dá)到2600Wh/kg，鋰的理論比容量為3860mAh/g，硫?yàn)?675mAh/g，遠(yuǎn)大于現(xiàn)階段所使用的商業(yè)化二次電池，極具發(fā)展?jié)摿?，近年來受到研究者的廣泛關(guān)注。盡管鋰硫電池具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是其商業(yè)化卻受到單質(zhì)硫絕緣、多硫化物溶解、電極機(jī)械穩(wěn)定性差等因素影響，造成電池的循環(huán)性能差、容量衰減、安全隱患等問題。近年來，研究人員致力于用硫-碳材料復(fù)合以提升鋰硫電池的整體性能。

2、三維石墨烯具有導(dǎo)電性好、孔結(jié)構(gòu)多、化學(xué)穩(wěn)定性好、便于電子以及離子傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，將其與單質(zhì)硫進(jìn)行復(fù)合形成的三維結(jié)構(gòu)電極有望成為良好的鋰硫電池正極材料。本文采用水熱法制備了三維石墨烯；進(jìn)而與單質(zhì)硫、聚吡咯復(fù)合，得到了兩種新型三維結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料；采用SEM/EDS、FTIR、TGA等手段對三維復(fù)合材料進(jìn)行了表征；最后，將制備的三維石墨烯復(fù)合材料組裝成鋰硫電池，并進(jìn)行電化學(xué)性能的研究。
　　首先，采用水熱法制備了三維彈性石墨烯，研究一些參

3、數(shù)（氧化石墨烯濃度，碳納米管比例等）對其彈性及柔韌性的影響，通過簡單可行的工藝制備出孔尺寸為5-10μm的三維彈性石墨烯氣凝膠，該三維石墨烯具有很好的彈性及柔韌性，壓縮后回復(fù)率可達(dá)到80％以上，是一種極具應(yīng)用潛力的柔性材料。
　　其次，將三維石墨烯與單質(zhì)硫進(jìn)行復(fù)合得到三維石墨烯-硫復(fù)合材料，研究了不同活性物質(zhì)硫負(fù)載量對電池性能的影響，將該材料組裝成鋰硫電池進(jìn)行電化學(xué)性能表征，活性物質(zhì)硫負(fù)載量為51.5%的電池在電流密度為0.5C時(shí)

4、放電比容量可達(dá)到1386 mAh/g，綜合考慮是最為合適的活性物質(zhì)負(fù)載量，但在循環(huán)過程中發(fā)現(xiàn)電池容量衰減較為嚴(yán)重，說明三維石墨烯對多硫化物的溶解和限制能力有限。
　　最后，基于聚吡咯有很高的導(dǎo)電率，與三維石墨烯-硫材料復(fù)合，能夠很好的包覆在硫?qū)颖砻?，有效限制多硫化物溶解，改善鋰硫電池循環(huán)性能，因此將聚吡咯與三維石墨烯-硫材料復(fù)合形成三維石墨烯-硫-聚吡咯復(fù)合材料，將材料組裝成鋰硫電池后，研究了其電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，聚吡咯包覆層對