鋰硫電池硫正極、隔膜改性及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人們對(duì)能量的需求日益劇增。鋰硫電池作為一種新型綠色的高能二次電池，因其高理論比容量（1675 mAh g-1）和能量密度（2600 Wh kg-1）吸引了眾多研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。但是，鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn)，包括硫和硫化鋰的低電子導(dǎo)電性，中間產(chǎn)物多硫化鋰在有機(jī)電解液中的溶解和擴(kuò)散等缺點(diǎn)，造成了硫正極活性物質(zhì)利用率低、電池循環(huán)性能差，制約了鋰硫電池的應(yīng)用。本文針對(duì)當(dāng)前鋰硫電池中存在的硫易團(tuán)聚、活性物質(zhì)利用率低

2、和多硫化物易擴(kuò)散等問題，開展了硫正極、隔膜的改性研究。研究了一維金屬氧化物納米纖維（Mg0.6Ni0.4O中空納米纖維）對(duì)硫正極結(jié)構(gòu)和性能的影響；首次將金屬氧化物（Mg0.6Ni0.4O）和導(dǎo)電碳（科琴黑）相結(jié)合對(duì)鋰硫電池隔膜進(jìn)行改性研究；通過共沉淀-熱分解法制備了金屬Ni纖維，研究了Ni/S復(fù)合正極材料電化學(xué)性能及金屬Ni在電極中的作用機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用靜電紡絲法成功制備了直徑為300-500 nm、長(zhǎng)度達(dá)幾

3、十微米的Mg0.6Ni0.4O中空納米纖維。前驅(qū)體纖維在不同溫度下燒結(jié)之后，表現(xiàn)出不同程度的收縮，隨著溫度的升高晶粒尺寸不斷增加，比表面積減小，700℃下纖維表面出現(xiàn)明顯顆粒。研究了不同溫度下制備的 Mg0.6Ni0.4O纖維作為基底材料對(duì)鋰硫電池硫正極的影響。結(jié)果表明，Mg0.6Ni0.4O的添加降低了硫的團(tuán)聚及電極電阻；同時(shí)，復(fù)合金屬氧鍵能夠提高電極的還原電位，降低電極極化。與純硫電極相比，Mg0.6Ni0.4O(700℃)/S復(fù)合

4、電極對(duì)電池循環(huán)性能提升最為明顯。⑵通過溶液燃燒法制備了粒徑為100-200nm的Mg0.6Ni0.4O納米顆粒，采用球磨法制備了Mg0.6Ni0.4O/科琴黑（KB）復(fù)合物，并均勻涂覆在原始隔膜表面形成復(fù)合物改性隔膜，涂覆厚度約為7μm。采用該改性隔膜制備的紐扣電池在0.5 C下循環(huán)350圈之后仍有530 mAh g-1的放電容量。分析結(jié)果表明改性隔膜上的復(fù)合物導(dǎo)電層能夠有效抑制多硫化物的擴(kuò)散，金屬氧化物中的復(fù)合金屬氧鍵能促進(jìn)Li2S4

5、向Li2S的進(jìn)一步還原，降低電極極化；導(dǎo)電層與正極接觸緊密，能提供額外的電子傳輸路徑，不僅能降低電極電阻，而且能將束縛住的活性物質(zhì)再次利用起來。⑶采用改善的共沉淀-熱分解法制備了多孔Ni纖維，研究了Ni纖維的不同添加量對(duì)鋰硫電池電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明多孔Ni纖維的結(jié)構(gòu)能夠抑制多硫化物的擴(kuò)散，添加3％Ni纖維的復(fù)合正極材料表現(xiàn)出最好的循環(huán)性能，在0.5 C下的初始放電容量為805mAhg-1，循環(huán)50圈后保持440mAhg-1的穩(wěn)定放