二次鋰電池單質(zhì)硫復(fù)合正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、該研究論文首先較為詳細(xì)地綜述了鋰二次電池用硫系正極材料的研究現(xiàn)狀和實際應(yīng)用情況，選擇了比容量最高的單質(zhì)硫作為研究方向，考察了單質(zhì)硫正極材料的商業(yè)現(xiàn)狀，技術(shù)現(xiàn)狀，硫系材料的發(fā)展趨勢以及各種方法制備出的硫系正極材料的優(yōu)勢與缺點。單質(zhì)硫因具有很高的能量密度、豐富的自然資源和環(huán)境友好等多種優(yōu)勢，成為下一代鋰電池中最有發(fā)展前景的正極材料之一。但是單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物導(dǎo)電性差，易溶于有機(jī)溶劑，使得鋰-硫電池正極活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能差等。

2、　　針對以上問題，本文設(shè)計并制備了以下三大類復(fù)合正極材料，一種是導(dǎo)電聚合物/硫復(fù)合材料；一種是納米多孔導(dǎo)電材料/硫復(fù)合材料；另一種是納米催化活性材料/硫復(fù)合材料。并采用H-NMR譜、FTIR光譜、XRD、元素分析、DSC和SEM等手段比較系統(tǒng)地對復(fù)合材料進(jìn)行了表征。探索其作為鋰電池正極材料的可行性。并分別把以上三大類復(fù)合材料做成正極與液態(tài)電解質(zhì)或凝膠態(tài)電解質(zhì)組裝成金屬鋰電池。以充放電技術(shù)研究了不同類別復(fù)合正極的充放電性能；以掃描電鏡技術(shù)

3、觀測了復(fù)合正極的表面形貌；以循環(huán)伏安技術(shù)和交流阻抗技術(shù)研究了復(fù)合正極電極的電化學(xué)性能；并初步探討了鋰-硫電池體系中充電過程、放電過程、充放電效率、自熱和自放電等對體系飛梭常數(shù)的影響，推導(dǎo)了這些過程的機(jī)理并簡要的進(jìn)行了分析。
　　采用聚氯乙烯與單質(zhì)硫在一定的溫度下加熱處理，在熔融狀態(tài)下的單質(zhì)硫作為良好的脫氫氧化試劑，使聚氯乙烯主鏈脫氫形成具有共軛電子的導(dǎo)電聚合物。同時反應(yīng)體系中剩下的單質(zhì)硫幾乎是在熔融狀態(tài)下與聚乙炔相接觸，冷卻后形成

4、本文所設(shè)計的聚乙炔/硫復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)硫與導(dǎo)電物質(zhì)的物理分散方法對硫系材料的電化學(xué)性能有較大的影響。前處理方法對硫與聚合物的反應(yīng)有較大的影響，好的前處理方法可使材料的反應(yīng)能力增強(qiáng)。用溶液混合的方法可以使硫與聚合物分散的更好，反應(yīng)變得更加容易。溶液混合是比較好的前處理方法。硫系復(fù)合材料的改性不僅可以從物理或化學(xué)的方向考慮，還可以將兩種方法結(jié)合起來應(yīng)用。
　　將單質(zhì)硫鑲嵌入具有納米級孔或微孔的多孔材料之中。采用分階段加熱處理的辦法，

5、將熔融狀態(tài)的單質(zhì)硫滲透入活性炭和多壁碳納米管的納米級孔或微孔之中，形成納米級復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)：一方面多壁碳納米管或活性炭具有很強(qiáng)的吸附能力，有效地抑制了單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物不可逆的溶解到電解質(zhì)中，還有效地增加了正極材料的表面積，增強(qiáng)了反應(yīng)活性，提高了活性物質(zhì)的利用率；另一方面多壁碳納米管或高比表面活性炭具有良好的電子導(dǎo)電性能，整體改善了復(fù)合正極材料的導(dǎo)電性能。以及納米材料奇特的性能，在很大程度上提高了單質(zhì)硫的電化學(xué)活性。
　　制備

6、了納米催化活性材料氧化鑭，把其與活性物質(zhì)單質(zhì)硫混合制成正極納米復(fù)合電極，研究結(jié)果表明：一方面納米氧化鑭以其強(qiáng)的吸附能力，可以有效地抑制單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物多硫化合物陰離子2-XS溶解到液態(tài)電解質(zhì)中，還能有效地增加正極材料的表面積；另一方面由于其對硫-硫鍵的斷裂和鍵合反應(yīng)有電化學(xué)催化作用，極大地增強(qiáng)了活性物質(zhì)的電化學(xué)活性，改善了復(fù)合電極的動力學(xué)特性，大大提高了氧化還原反應(yīng)速率和電極材料的利用率。
　　對上述不同電池體系的研究表明，傳統(tǒng)