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

1、該研究論文首先較為詳細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)了這些過程的機理并簡要的進行了分析。
　　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。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)有電化學催化作用，極大地增強了活性物質(zhì)的電化學活性，改善了復(fù)合電極的動力學特性，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)