隔膜上改性多壁碳納米管涂層對鋰-硫電池性能的影響研究.pdf

1、鋰-硫電池由于其高理論比能量，環(huán)境友好，價格低廉等優(yōu)勢，成為下一代二次電池體系強有力的競爭者之一。但是，鋰-硫電池活性物質(zhì)單質(zhì)硫及其放電終產(chǎn)物導(dǎo)電性差、放電中間產(chǎn)物多硫離子在電解液中溶解擴散引起“穿梭效應(yīng)”及放電產(chǎn)物密度減小造成的體積膨脹等問題導(dǎo)致了電池活性物質(zhì)利用率低，循環(huán)性能差，從而限制其應(yīng)用。近年來在隔膜上引入導(dǎo)電涂層改善鋰-硫電池性能被證實是一條行之有效的方法，然而現(xiàn)有的研究報道均基于低載硫（≤2 mg cm-2）極片，對高載硫

2、(≥4 mg cm-2)極片效果如何，尚無明確結(jié)論，而高載硫極片是制備高比能量鋰-硫電池的必要條件。針對鋰-硫電池的上述問題，制備了兩種改性碳納米管材料（氧化碳納米管和碳納米管/磺化聚苯胺復(fù)合材料），并將其涂覆于隔膜上制成相應(yīng)的涂層，應(yīng)用于正極硫負載量為5 mg cm-2的鋰-硫電池。采用恒流充放電、不同電流密度下充放電、電池阻抗測試，研究了涂層對電池循環(huán)及倍率性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　1.氧化碳納米管隔膜涂層研究。對碳納米

3、管材料進行濃硫酸與濃硝酸混合酸氧化處理，控制加熱時間得到不同氧化程度的氧化碳納米管，隨后與少量水性粘合劑LA132混合調(diào)漿涂覆于隔膜上，制成相應(yīng)的氧化碳納米管涂層。將這些含氧化碳納米管涂層的隔膜與高硫負載正極裝配成電池，并進行電化學(xué)性能測試。測試結(jié)果表明:酸氧化處理2h后的碳納米管涂層循環(huán)性能最好，首次放電比容量為1105mA h g-1，循環(huán)50次后容量保持在925 mA h g-1，容量保持率達到83.7％，較原始隔膜、含未處理碳納

4、米管涂層隔膜均有顯著的提高。此外，過度的氧化處理會損害碳納米管的結(jié)構(gòu)和降低其電導(dǎo)率，所以，酸氧化處理4h的碳納米管涂層循環(huán)性能較氧化處理2h要差。
　　2.碳納米管/磺化聚苯胺復(fù)合材料隔膜涂層研究。通過原位聚合法在碳納米管表面包覆一層聚苯胺，然后用氯磺酸對其進行磺酸化處理，得到碳納米管/磺化聚苯胺復(fù)合材料?？刂票桨穯误w的加入量，得到不同磺化聚苯胺包覆量的復(fù)合材料。將復(fù)合材料與少量粘合劑LA132調(diào)漿涂覆于隔膜上形成涂層，與高硫負載