鋰硫電池硫-碳復合正極材料的制備及其電化學性能.pdf

1、單質硫具有2567Wh/kg的理論比能量,并且原料廉價易得,對環(huán)境友好,有望成為高儲能鋰電池體系的正極材料。但是,單質硫作為鋰硫電池的正極材料具有一定的制約性,一方面單質硫的電子離子絕緣性使其表現(xiàn)為電化學鈍性;另一方面,放電過程中產(chǎn)生的多硫化物易溶于電解液,容易引發(fā)“穿梭效應”,造成活性物質流失、鋰硫電池循環(huán)性能較差。
　　為改善以上問題,本論文采用液相化學沉積法制備了一系列硫/碳復合材料。結果表明:由采用真空浸漬步驟的液相化學沉

2、積法制備的硫/碳復合材料,與球磨法和未采用真空浸漬步驟的液相化學沉積法得到的樣品相比,硫/碳復合材料的團簇現(xiàn)象減少,單質硫負載到更深或者更小的碳孔中,復合材料形成良好的導電網(wǎng)絡結構,從而表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學性能,特別是優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。采用真空浸漬步驟制備的硫含量為78wt％的硫/碳復合材料,0.35C充放電時首次放電比容量為1116.1mAh/g(按硫的質量計算),循環(huán)150次后比容量保留534.2mAh/g。當硫含量降至59wt%,

3、0.35C充放電時,硫/碳復合材料的首次放電比容量為1396.9mAh/g,循環(huán)150次比容量后保留683.3mAh/g;2C充放電時,循環(huán)120次后仍能保持429.7mAh/g的放電比容量。
　　在液相化學沉積法中引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)制備得到一種新型的硫/碳復合材料。結果表明,PVP能夠控制單質硫的尺寸在納米尺度內,并且在一定程度上起粘結劑的作用,有效緩解了多硫化物向電解液的擴散溶解;減少了Li2S2/Li2S在正極及鋰

4、負極表面沉積,保證了電極結構的穩(wěn)定性。0.35C充放電時,硫/碳復合材料首次放電比容量達到1360.9mAh/g,120次后比容量保留868.6mAh/g,容量保持率為63.8%;在高倍率2C充放電時,該硫/碳復合材料首次放電比容量也可達807.9mAh/g,200次后比容量仍能保留435mAh/g。
　　考察了不同粘結劑對鋰硫電池電化學性能的影響。結果表明,明膠能在一定程度上提高鋰硫電池的放電比容量;聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作粘