鋰硫電池正極材料的制備及結構設計.pdf

1、近年來，隨著能源危機的日益加重，以及電子電動設備的迅猛發(fā)展，研究清潔的可持續(xù)能源已逐漸成為一個研究熱點。鋰硫電池因其具有高理論比容量(1675 mAh/g)和能量密度(2600 Wh/kg)，被公認為是最具有發(fā)展前景的能源存儲體系之一。同時，鋰硫電池還具有單質(zhì)硫資源地殼含量豐富，成本低廉和對環(huán)境友好等優(yōu)點。然而硫及其放電產(chǎn)物硫化鋰的電子絕緣性，硫放電過程中的產(chǎn)生的中間產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液中并向負極遷移，從而造成的“穿梭效應”以及硫電

2、極在充放電循環(huán)中的體積膨脹都嚴重的影響鋰硫電池的電化學性能。針對以上問題，本文主要通過采用將單質(zhì)硫與碳進行復合的方法進行改善，主要的實驗有以下三個方面:
　　1.我們選用生物質(zhì)廢棄物稻殼為原材料經(jīng)過簡單的煅燒和氫氧化鉀活化，制備了一種SiO2修飾的多孔碳。采用熔融浸漬法制備了碳硫復合材料，并表征其作為鋰硫電池正極材料的性能。含有SiO2吸附質(zhì)的多孔碳可兼具微孔固硫及化學吸附雙重固硫作用，表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能。
　　2.我們

3、以生物質(zhì)廢棄物玉米芯為來源經(jīng)過簡單的煅燒和氫氧化鉀活化制度，制備了納米片微孔碳。通過熔融浸漬法制備了碳硫復合材料，并表征其作為鋰硫電池正極材料時的性能。納米片層的玉米芯微孔碳能夠增加電子的電導率并能縮短離子的傳輸路徑，增大材料與電解液的接觸面積，在合適的粘結劑海藻酸鈉存在下表現(xiàn)出了優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。
　　3.我們選取廉價易得的天然高分子材料海藻酸鹽，經(jīng)過簡單的活化，制備了一系列的比表面積、孔容和孔隙度可調(diào)的富含含氧官能團

4、的碳材料。并探討了不同物理結構的碳材料同電性能間的關系。在碳材料同時具備合適的孔容及孔結構分布時，能夠容納活性物質(zhì)體因而獲得了優(yōu)異的電化學循環(huán)性能及倍率性能。這些對材料微觀結構、表面化學與電化學性能之間關系的研究可以很好的指導我們以后對碳基體材料的合理設計。
　　4.我們選取聚丙烯腈為原料，利用可批量化生產(chǎn)的靜電紡絲技術，制備了一種氮摻雜的碳纖維膜。該碳纖維膜可用作鋰硫電池正極集流體，與硫復合后可獲得無導電劑無粘結劑的高能量密度的