鋰硫電池碳納米管反應(yīng)器.pdf

1、單質(zhì)硫因具有很高的理論能量密度、極低的成本以及無毒性等多種優(yōu)勢，是下一代鋰電池的首選正極材料之一。但是目前鋰硫電池面臨著一系列嚴(yán)重的問題，比如活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能差等。
　　 本論文選用不同尺寸的碳納米管制備了各種碳納米管/硫復(fù)合材料作為鋰硫電池正極材料。通過TEM、Raman、XPS、TGA等多種表征手段，測試了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和成分。并將復(fù)合材料制備成正極，組裝成了鋰硫電池，研究了復(fù)合材料的比容量、循環(huán)性能、充放電可逆性

2、等電化學(xué)性能。
　　 通過對S-in-SCNTs和S-on-SCNTs復(fù)合材料的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料中活性物質(zhì)的賦存狀態(tài)對復(fù)合材料的的性能影響較大。S-on-SCNTs復(fù)合材料的首次放電容量為421.7mAh/g，遠(yuǎn)高于S-in-SCNTs復(fù)合材料。但其容量衰減非常迅速，第一次放電完成后，幾乎不能再充電。S-in-SCNTs復(fù)合材料雖然容量很低，但是循環(huán)100次之后穩(wěn)定在115.3 mAh/g。S-in-SCNTs和S-on-SC

3、NTs復(fù)合材料性能的差距主要是由活性物質(zhì)在復(fù)合材料中的賦存狀態(tài)所引起的。如果活性物質(zhì)單質(zhì)硫賦存在碳納米管的外表面，在充放電過程中活性物質(zhì)和多硫化物極易溶解到電解液中導(dǎo)致充放電容量低和循環(huán)性能差。但如果活性物質(zhì)賦存在碳納米管的孔徑通道之中，碳納米管作為納米反應(yīng)器，其限域效應(yīng)能抑制活性物質(zhì)及放電中間產(chǎn)物的溶失，提高電池的性能。
　　 基于碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，碳納米管作為納米反應(yīng)器能夠很好地限制反應(yīng)過程，使活性物質(zhì)的反應(yīng)在納米反應(yīng)器中

4、進(jìn)行。納米反應(yīng)器能夠有效地阻止硫的中間還原產(chǎn)物聚硫化物溶解到電解液中，使活性物質(zhì)的利用率得到很大的提高，并且極好地改善了電池的循環(huán)性能。
　　 對不同尺寸的多壁碳納米管/硫復(fù)合材料的充放電測試表明，通過在正極結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)納米反應(yīng)器能夠極大程度上提高鋰硫電池的性能，而且碳納米管的尺寸對復(fù)合材料的性能影響很大。S-in-MWCNT1020復(fù)合材料的性能最好，首次放電容量為1071.9mAh/g，充電容量為759.1 mAh/g，經(jīng)過5