硫基復(fù)合材料的常溫碳化制備及性能研究.pdf

1、單質(zhì)硫作為一種輕質(zhì)、多電子反應(yīng)正極活性材料，其理論比容量為1675 mAh/g；以金屬鋰為負極，單質(zhì)硫為正極所組成的鋰硫電池的理論能量密度高達2500 Wh/Kg。此外，單質(zhì)硫還具有資源豐富、成本廉價、安全性好和無環(huán)境污染等優(yōu)點。因此，鋰硫電池被視為下一代及其具有應(yīng)用潛力的高比能二次電池體系。但是由于硫活性物質(zhì)本身的電子和離子絕緣特性，以及硫電極在放電過程中形成的中間產(chǎn)物多硫化鋰易溶解在有機電解液中，且放電最終產(chǎn)物硫化鋰也是電子的不良導(dǎo)

2、體等眾多因素，導(dǎo)致鋰硫循環(huán)壽命差；并且硫的活性物質(zhì)利用率和倍率性能偏低，因而嚴重制約了鋰硫電池的實用化進程。在本論文中，為了克服上述問題，利用原位濃硫酸碳化有機物法對硫進行包覆。碳的引入增強了正極材料的導(dǎo)電性，防止活性物質(zhì)的流失，增加了正極材料循環(huán)穩(wěn)定性，有效改善了活性物質(zhì)利用率。研究發(fā)現(xiàn)：
　?。?）采用原位合成法通過濃硫酸對有機物碳化，使硫的周圍生成一層碳殼，結(jié)果表明，碳對硫的親和力很差，而且當水浴溫度達到50℃以上時，反應(yīng)很

3、難控制，極易造成硫的損失。
　?。?）為了進一步提高碳對硫的親附性，本文又利用氧化石墨烯作為中間載體，由于其表面有豐富的官能團，極易對硫形成包覆；為了增加正極材料的導(dǎo)電性，引入了石墨烯量子點，最后通過原位常溫濃硫酸碳化的方法制備出具有雙層殼的核殼結(jié)構(gòu)S/GO/C。研究結(jié)果表明復(fù)合材料的硫含量為77％，形貌為球狀，直徑大約在1-4μm。在1 C充放電倍率下，該復(fù)合材料首周放電容量達1200 mAh/g，循環(huán)50周基本達到穩(wěn)定，保持在

4、400 mAh/g，由于碳、石墨烯量子點與氧化石墨烯的協(xié)同作用，顯著提高了復(fù)合電極的電化學(xué)性能，同時電極體系的電子導(dǎo)電性得到了增強，且電極反應(yīng)的穿梭效應(yīng)得到了有效的抑制，從而是電極表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性，良好的倍率性能和較高的活性物質(zhì)利率。
　　（3）采用物理法和化學(xué)法配制硫分散溶液。研究結(jié)果表明硫在聚乙二醇的水溶液分散性最好。
　　本論文從廉價的硫和蔗糖著手，為今后設(shè)計新型硫基復(fù)合材料和開發(fā)廉價實用的高比能鋰硫電池提供了有