鋰-硫電池用復合正極材料的制備及性能研究.pdf

1、伴隨著先進便攜式設備、電動汽車、混合動力汽車和智能電網等的快速發(fā)展，人們急需一種具有長循環(huán)壽命和高能量密度的可充電電池。硫單質是一種很有前途的陰極材料，其具有約1675mAhg-1的理論比容量和2600Wh kg-1的理論比能量。此外，硫單質在自然界中儲藏豐富、價格低廉且對環(huán)境友好。這些優(yōu)點使鋰-硫電池成為下一代電源最有希望的候選者。然而，在鋰-硫電池商業(yè)化進程中，依然有許多復雜的問題需要解決，包括低的庫倫效率、低的硫利用率以及在循環(huán)過

2、程中快的容量損失。這些問題是由硫及其放電產物低的電導率以及在電極反應過程中生成的聚硫化合物的擴散、穿梭效應和副反應引起的。
　　為了解決這些問題，采取一種非常簡單的方法設計和合成了一種新穎的多孔碳基底。采用海藻酸鈉作為碳源并在氬氣的氛圍下煅燒，即可獲得一種分級多孔碳(HPC)。然后將硫單質和預先合成的HPC混合均勻，在氬氣的保護下加熱并冷卻至室溫，即可獲得S/HPC的復合材料。這種硫正極材料表現(xiàn)出很好的電化學性質。通過在充電結束后

3、加上一步恒壓充電的過程，硫電極反應的可逆性得到了進一步的提高。在0.1C下循環(huán)50圈后其可逆容量為849.4mAh g-1，在0.5C下循環(huán)100圈后其可逆容量為673.4 mAhg-1，在1C下循環(huán)200圈后其可逆容量為538mAhg-1，這些都表明其具有優(yōu)秀的循環(huán)和倍率性能。
　　此外，在分級多孔碳中構建碳納米管網絡來提高硫正極的性能。通過對碳基底進行平衡結構的設計，不僅能有效地限制陰極中的活性物質硫，而且還能為電子的傳輸提供

4、高效和穩(wěn)定的通道，有助于提高陰極的導電性和結構的完整性。而且，在充電結束后加上一步恒壓充電的過程，硫電極反應的可逆性得到了進一步的提高，從而優(yōu)化了陰極的電化學性能。受益于本文方法，硫陰極首圈放電容量高達1739 mAhg-1，首國庫倫效率高達87.5％，并且從第二圈開始其庫倫效率保持在97.5％以上。在0.1C下循環(huán)50圈后其可逆容量為1015 mAh g-1，在1C下循環(huán)200圈后其可逆容量為622 mAh g-1，這些都表明其具有更