碳-硫-聚苯胺正極材料制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰硫電池具有能量密度高，環(huán)境友好等特點(diǎn)，而且有望取代目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的鋰離子電池，因而引起了研究者的密切關(guān)注。但是鋰硫電池存在單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物L(fēng)i2S電導(dǎo)率很低、活性物質(zhì)的利用率不足以及庫(kù)倫效率低等缺點(diǎn)，因而本文通過(guò)鋰硫電池硫基正極材料的改性來(lái)提高正極材料的電化學(xué)性能，進(jìn)而為鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用提供理論參考。
　　本文采用高能球磨法制備了乙炔黑-硫和碳納米纖維-硫正極材料，探討了球磨轉(zhuǎn)速、載硫量對(duì)正極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)

2、果顯示，比表面積和導(dǎo)電性共同影響著正極材料的電化學(xué)性能。當(dāng)轉(zhuǎn)速為600 rpm時(shí)正極材料的循環(huán)性能最好，在硫含量為50 wt％，電流密度為0.5 C時(shí)，200次充放電后乙炔黑-硫正極材料的放電比容量為611.4 mAh·g-1，碳纖維-硫正極材料的放電比容量為691.1 mAh·g-1；大的比表面積能夠保證電極材料與電解液之間的充分接觸；隨著球磨轉(zhuǎn)速的提高，能夠增強(qiáng)單質(zhì)硫與碳材料的復(fù)合，從而提高正極材料的導(dǎo)電性和單質(zhì)硫的活性。采用酸化的

3、方法對(duì)乙炔黑-硫和碳纖維-硫正極材料進(jìn)行了酸化改性。分析了酸化改性對(duì)硫基正極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)硫含量為50 wt%，電流密度為0.5 C時(shí)，200次充放電后，乙炔黑-硫正極材料的放電比容量為631.5 mAh·g-1，提高了20.1mAh·g-1。碳纖維-硫正極材料的放電比容量為708.6 mAh·g-1，提高了17.5mAh·g-1。通過(guò)酸化的作用能夠在碳材料表面引入羥基、羧基等含氧基團(tuán)，增大碳材料的比表面積，有

4、利于限制中間產(chǎn)物聚硫離子的溶遷擴(kuò)散，從而提高硫基正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提升硫基正極材料的電化學(xué)性能，采用原位氧化的方法在酸化碳黑-硫和酸化碳纖維-硫的表面包覆了一層導(dǎo)電聚苯胺，分析了聚苯胺包覆改性對(duì)硫基正極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)硫含量為50 wt%，電流密度為0.5 C時(shí)，200次充放電后，乙炔黑-硫/聚苯胺正極材料的可逆放電比容量為651.8 mAh·g-1；碳纖維-硫/聚苯胺正極材料的可逆放電比容量達(dá)到了