含氮碳基鋰硫電池正極材料的制備及電化學性能的研究.pdf

1、鋰硫(Li/S)電池由于具有高的理論比容量和能量密度等優(yōu)點被人們廣泛關注，被認為是最具發(fā)展前景的儲能體系之一。Li/S電池在具有這些優(yōu)點的同時，仍然面臨著一些阻礙，制約其高比容量和高能量密度的實現(xiàn)，如硫與放電產(chǎn)物(Li2S/Li2S2)是電子和離子的絕緣體，多硫離子的“穿梭效應”以及充放電過程中活性物質(zhì)體積變化等，這些問題阻礙了Li/S電池的商業(yè)化之路。為了獲得高容量、長壽命的Li/S電池，我們采用模板法制備不同形貌和結(jié)構(gòu)導電氮化碳(C

2、N)作為硫的載體，以期有效的解決上述問題。通過氮氣吸脫附測試、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、場發(fā)射透射電子顯微鏡(SEM)等測試工具對材料的微觀結(jié)構(gòu)及形貌進行了表征，并通過完善的電化學測試系統(tǒng)對復合材料組裝的電池進行了一系列的電化學性能測試。
　　采用SBA-15為模板，通過納米注入法制備了有序介孔氮化碳(MCN)，通過熱熔融法將單質(zhì)硫灌注到MCN孔道中，得到MCN/S復合材料。研究結(jié)果表明:MCN具有相互交聯(lián)

3、的棒狀結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)有利于電子和離子的運輸及抑制活性物質(zhì)脫離正極，其具有的高比表面積(770.5 m2 g-1)和孔容(1.19 cm3 g-1)，可以負載高含量的硫。MCN/S復合材料展現(xiàn)了良好的電化學性能。在0.1C倍率下MCN/S首次放電比容量可達1285mAhg-1。0.5 C倍率下首次放電比容量達到1107mAhg-1，100圈循環(huán)后放電可逆容量仍維持為828.4mAhg-1。
　　采用納米二氧化硅球為模板

4、合成了三維連續(xù)介孔氮化碳(3D-MCN)，并將其應用于Li/S電池正極材料。移去模板后，3D-MCN樣品得到了更高的比表面積836.6m2g-1和孔容1.60 cm3 g-1，可以容納更高含量的硫。結(jié)果表明，3D-MCN具有三維連續(xù)結(jié)構(gòu)，而且連續(xù)結(jié)構(gòu)中存在移除模板后形成的納米囊。3D-MCN/S復合材料展現(xiàn)了良好的電化學性能在0.1C倍率下，首次放電比容量高達1382mAhg-1，0.5 C倍率下100次循環(huán)后容量仍維持在為849.6