多孔碳材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、隨著當(dāng)今社會的發(fā)展，能源消耗和環(huán)境問題向社會提出了巨大的挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展具有高安全、高能量密度和環(huán)境友好的可充電鋰離子電池是現(xiàn)代社會發(fā)展的重要組成部分。最近一些年，鋰硫電池由于具有高的理論能量密度，高的比容量，硫單質(zhì)還具有無毒，儲存量大，價格低廉等優(yōu)點引起了研究者的廣泛關(guān)注。多孔碳材料由于具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、大的表面積和豐富的孔洞結(jié)構(gòu)及很強的吸附能力而作為硫的碳基底被廣泛應(yīng)用于鋰硫電池中。本論文，通過使用幾種來源廣，價格低廉的碳源，通過簡

2、單的方法制備出了多種高產(chǎn)率的多孔碳材料并應(yīng)用于鋰硫電池中。論文的主要成果如下所示:
　　(1)通過炭化玉米芯廢棄物，接著將碳化產(chǎn)物用氫氧化鉀作為活化劑活化后，得到了具有大的比表面積的納米片狀微孔碳(PCNS)。PCNS作為硫的導(dǎo)電基底與硫通過熱復(fù)合的方法制備出了硫/納米片狀微孔碳(S/PCNS)復(fù)合物正極材料應(yīng)用于鋰硫電池中，硫含量為44％的S/PCNS復(fù)合材料的初次的放電比容量高達1600 mAh/g，循環(huán)50圈后容量還能保持在

3、554 mAh/g。電池性能的優(yōu)越性歸因于高度多孔的納米片狀結(jié)構(gòu)，其納米片狀結(jié)構(gòu)能夠提供穩(wěn)定和持續(xù)快速的離子傳輸路徑，多孔結(jié)構(gòu)可以減少中間產(chǎn)物聚硫化物的溶解和減少“穿梭效應(yīng)”的發(fā)生。PCNS的大比表面積可以提高硫的利用率。
　　(2)以廢棄的佛手渣作為碳源，通過炭化、活化后制備出了具有大比表面積和發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)的佛手渣活性炭(FAC)，佛手渣活性炭具有3157 m2/g的比表面積和2.162 cm3/g的孔容，并且其還具有部分片狀結(jié)

4、構(gòu)。FAC與硫通過熱復(fù)合的方法制備出了S/FAC復(fù)合物正極材料并應(yīng)用于鋰硫電池中。制各出的較大的比表面積的多級多孔碳(FAC)有利于正極材料更好的滲透于電解液中，這可以提高的硫的利用率和電池的倍率性能。硫含量為52％的S/FAC復(fù)合物正極材料在0.2C的電流密度下的初始放電容量高達1311mAh/g，循環(huán)50、100圈后，放電容量還能分別達到818 mAh/g、657 mAh/g。
　　(3)通過一種簡單的方法直接碳化己二酸和鋅粉

5、的混合物，沒有進一步通過物理或化學(xué)活化處理制備出了具有高比表面積(2166 m2/g)和非常大的孔容(4.09 cm3/g)的等級多孔碳(PCNS)。這種介孔碳呈現(xiàn)出了一種自組裝的花狀結(jié)構(gòu)，它是由一些具有膠囊狀孔徑在15納米左右的多孔納米片組成。通過傳統(tǒng)熱復(fù)合的方法，將等級多孔碳(PCNS)與硫均勻復(fù)合形成S/PCNS復(fù)合物材料。獲得的這種S/PCNS復(fù)合物材料，用它作為鋰硫電池的正極，其表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。當(dāng)S/PCNS復(fù)合物材