鋰硫電池正極材料的研究.pdf

1、鋰硫電池是具有高能量密度的非常有前途的下一代可充電新型儲能系統(tǒng)之一。它的體系比能量高達2600 Wh/Kg。此外，單質(zhì)硫在自然界中廣泛存在，且成本低廉環(huán)境友好。雖然鋰硫電池有著比較明顯優(yōu)勢，但是就目前發(fā)展水平來說還有許多問題需要解決。例如:放電比容量低、壽命短等等。導(dǎo)致這些缺點的主要因素大致包括:正極活性物質(zhì)硫的絕緣性(在室溫下電導(dǎo)率僅為5×10-30 S/cm);在電化學(xué)反應(yīng)中，體系會不可逆的產(chǎn)生多硫化物以及多硫化物的溶解等問題。因此

2、，提高鋰硫電池性能的關(guān)鍵，在于改善硫正極材料的導(dǎo)電性、避免多硫化物溶解。鑒于此，我們采用簡單易規(guī)?；姆椒ǚ謩e制備了椰殼炭/硫復(fù)合材料、活性白土/硫復(fù)合材料，以及通過利用鋰硫電池正極用特殊吸附層膜材料來改善多硫化物的溶解問題。通過利用掃描電鏡、X-射線粉末衍射儀、藍電測試系統(tǒng)等儀器，對材料進行了物理以及電化學(xué)表征。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.以椰子殼為碳源，制備一種新型碳/硫復(fù)合材料。在充放電過程中，這種復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)不僅可以為活

3、性物質(zhì)硫的體積膨脹提供緩沖空間，還能吸附反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的多硫化物，減弱它們的遷移效應(yīng)。經(jīng)過測試，椰殼炭/硫復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)越的電性能。在0.1C的放電倍率下，首次放電比容量為878 mAh/g，經(jīng)過50周充放電循環(huán)后，比容量依然可以較高地保持在774 mAh/g，說明這種復(fù)合材料組裝成電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。當充放電達到200循環(huán)時，放電比容量還能保持在600 mAh/g左右。
　　2.以活性白土為負載硫的載體，制備活性白土/

4、硫復(fù)合材料。活性白土是一種由數(shù)以萬計的納米棒相互交叉形成的類“鳥巢”結(jié)構(gòu)且具有較大的比表面積的多孔性強吸附作用的材料。我們采用高溫固相法，探索適宜的活性物質(zhì)的負載量。當活性物質(zhì)硫的負載質(zhì)量達到復(fù)合材料的57％時，復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。當放電倍率為0.1C時，首次放電比容量高達959.6mAh/g，經(jīng)過50周充放電循環(huán)后，比容量依然保持在700.9 mAh/g。這種特殊結(jié)構(gòu)的基體材料為鋰硫電池的發(fā)展提供了一種新的思路

5、。
　　3.以無紡布為原料，制備一種具有特殊吸附特性的復(fù)合膜材料。這種復(fù)合膜是由碳化的無紡布與科琴黑組成。將優(yōu)化得到適宜的孔隙率、吸液率和電子導(dǎo)電率的復(fù)合膜材料放置于鋰硫電池正極極片與隔膜之間。通過克服體系的缺點來進一步改善鋰硫電池的電性能。在0.1C的放電倍率下，當復(fù)合膜作為吸附層，放置于載有70％硫含量的集流體上時，放電比容量第一周高達1486mAh/g，經(jīng)過百次充放電循環(huán)后，比容量依然較高的保持在858 mAh/g。從試驗結(jié)