硫—碳復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、單質(zhì)硫作為鋰硫二次電池正極材料具有單位質(zhì)量輕、比容量高、價格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)勢，在近幾年得到了廣泛關(guān)注。但是，單質(zhì)硫自身的絕緣性和易溶于有機電解液等特點也限制了其作為電極材料的應(yīng)用。本論文采用導(dǎo)電碳黑和多孔碳兩類碳材料作為載體與單質(zhì)硫進行復(fù)合，研究復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性和在不同電解液體系下的電化學(xué)性質(zhì)，以期改善硫電極的電化學(xué)性能。
　　 首先，采用簡單熱處理法制備了一系列不同硫負(fù)載量的硫-導(dǎo)電碳黑復(fù)合材料，通過BET、XRD和SE

2、M等測試手段對樣品的結(jié)構(gòu)和形貌等進行分析，并研究了復(fù)合材料在酯類電解液LiPF6(PC/EC/DEC)和醚類電解液LiN(CF3SO2)2(DOL/DME)兩種體系的電化學(xué)性能。其中，含硫量52 wt％的樣品在兩種電解液體系下均表現(xiàn)出較好的循環(huán)特性，在160 mA/g下循環(huán)50周，樣品的放電比容量均保持在500 mAh/g左右。研究顯示，酯類電解液具有抑制硫和多硫化物溶解的效果，樣品在該體系下循環(huán)穩(wěn)定性較好，但酯類電解液對于材料的制備要

3、求較高。醚類電解液對于硫的溶解有促進作用，對于材料的制備要求較低，但循環(huán)穩(wěn)定性相對較差。
　　 為進一步研究碳材料結(jié)構(gòu)對硫電極性能的影響，本論文以葡萄糖溶液作為碳源，經(jīng)過水熱和擴孔碳化兩步反應(yīng)，制備了一系列具有不同結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。其中，擴孔劑KOH與前驅(qū)物質(zhì)量比為3:1時制備的多孔碳材料具有蜂窩狀孔道結(jié)構(gòu)，微孔孔容達(dá)到總孔體積的85％。制備的硫負(fù)載量為42 wt％的硫-蜂窩狀多孔碳材料在160 mA/g下循環(huán)50周材料的放電比

4、容量可保持在870mAh/g；在1600 mA/g的大電流密度下，放電比容量可保持在570 mAh/g，并當(dāng)電流密度回落至400 mA/g后，材料的放電比容量可恢復(fù)至690 mAh/g。該蜂窩結(jié)構(gòu)多孔碳材料由于其豐富的微孔和發(fā)達(dá)的介孔可有效地防止鋰的多硫化物在充放電過程中的溶解現(xiàn)象，從而改善硫電極循環(huán)性能和高倍率性能。
　　 總之，本論文研究了在兩種電解液體系下硫碳復(fù)合材料的電化學(xué)性能，分析了其不同的電化學(xué)反應(yīng)機制。制備了具有多