不同硫源制備氧化石墨烯-硫復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰硫電池是一類(lèi)極具發(fā)展前景的高容量?jī)?chǔ)能體系，單質(zhì)硫在自然界中廣泛存在，且成本低、對(duì)環(huán)境友好，但鋰硫電池仍面臨正極活性材料硫的絕緣性導(dǎo)致活性材料利用率低，充放電過(guò)程中形成的多硫化物在電解液中高度的溶解性導(dǎo)致電池循環(huán)性能差等突出問(wèn)題。本論文通過(guò)改變硫源，使小分子的硫與導(dǎo)電材料氧化石墨烯復(fù)合來(lái)改善電極材料的導(dǎo)電性，提高電池性能。
　　（1）通過(guò)改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨，采用FT-IR、XRD、SEM對(duì)其物理性能進(jìn)行了表征，結(jié)

2、果顯示石墨氧化較徹底，且氧化后的石墨層間距明顯增大（0.739 nm），鍵入大量含氧官能團(tuán)。將氧化石墨超聲分散制得氧化石墨烯溶液，作為鋰硫電池硫正極的改性物質(zhì)。使用Na2S2O3作硫源，與鹽酸反應(yīng)，采用原位沉積路線與氧化石墨烯復(fù)合，所得的復(fù)合材料與傳統(tǒng)路線合成的復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)使用純硫做正極作為對(duì)照。50 mA/g電流密度下，首次放電比容量可達(dá)589 mA h/g，而傳統(tǒng)方法制備復(fù)合材料和純硫作正極電池首次放電比容量

3、分別為429 mA h/g和385 mA h/g；20次循環(huán)后液相原位法復(fù)合材料的比容量也是最高的。交流阻抗測(cè)試結(jié)果顯示，原位沉積路線復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，20次循環(huán)后，復(fù)合材料正極的電荷轉(zhuǎn)移阻抗增加值相對(duì)較小，電池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)明顯優(yōu)于其它兩者。
　?。?）使用Na2Sx作硫源，與HCOOH反應(yīng)，原位沉積路線與氧化石墨烯復(fù)合，改變Na2Sx的濃度，研究了不同硫含量復(fù)合材料的物理性能、電化學(xué)性能變化情況。熱重分析測(cè)得硫含量依次為

4、49.4％，69.5%，74.4%，首次放電比容量分別為329.1 mA h/g、524 mA h/g、498.3 mA h/g；20次循環(huán)后，材料2的可逆比容量最大，為240 mA h/g，容量保持率為45.8%。且從其第2，3，5次的充電曲線上看，電池能夠達(dá)到充滿電的狀態(tài)，鋰離子電池典型的極化現(xiàn)象得到了抑制?？梢?jiàn)，含硫量適中的復(fù)合材料2循環(huán)性能及倍率性能都較優(yōu)良。交流阻抗結(jié)果表明，復(fù)合材料2的電荷轉(zhuǎn)移阻抗較小，鋰離子擴(kuò)散程度較高。<

5、br>　　（3）將升華硫溶于CS2后，與氧化石墨烯混合，制備了含硫量不同的復(fù)合材料。另外升華硫直接加入到氧化石墨烯溶液制備了復(fù)合材料，對(duì)比二者物理、電化學(xué)性能。XRD、FT-IR、SEM測(cè)試表明，通過(guò)將升華硫溶于CS2來(lái)制備的復(fù)合材料，復(fù)合的更均勻，硫的粒徑更小，硫?qū)ρ趸┻M(jìn)行了部分還原，XRD表征中出現(xiàn)石墨烯的特征衍射峰，掃描圖中也能清楚地看到片狀的石墨烯分布，尤其是含硫量適中的復(fù)合材料2，石墨烯、氧化石墨烯、小分子硫均勻地分布著

6、，紅外光譜表明其出現(xiàn)了新的C-S鍵。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示：GO/S（CS2）復(fù)合材料1，2，3在50 mA/g電流密度下的首次放電比容量分別為398 mA h/g、510 mA h/g、467 mA h/g。而GO/升華硫復(fù)合材料的首次放電比容量比同等含硫量的GO/S（CS2）復(fù)合材料2低40 mA h/g，且放電平臺(tái)也短了很多。GO/S（CS2）復(fù)合材料1，2，3和 GO/升華硫復(fù)合材料20次循環(huán)后的可逆容量保持率依次為24.1%，28