氣相二氧化硅-硫復合正極材料的制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、鋰硫（Li/S）電池因其較高的能量密度（理論值2600W·h/kg）和持久壽命，有望在電動汽車、便攜式電子設備等領域得到廣泛使用，近年來備受研究者的重視。本文首先采用固態(tài)熔融方法制備了不同質(zhì)量比的氣相二氧化硅/硫復合正極材料，并研究了其結構與電化學性能；然后對一定質(zhì)量比的復合材料進行聚乙二醇4000（PEG）包覆和碳納米管（CNTs）摻雜，以提升其放電電壓、可逆性和循環(huán)性能等。利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和熱重分

2、析儀（TG）等對復合材料的結構和熱穩(wěn)定性進行表征、分析，利用電化學工作站和LAND電池測試系統(tǒng)對電池循環(huán)伏安曲線（CV）、電化學阻抗（EIS）、循環(huán)性能和倍率性能等電化學性能進行測試，深入探究了電池的CV、EIS、循環(huán)性能和倍率性能等電化學性能。具體研究內(nèi)容如下：
　　1.采用氣相二氧化硅（GPSiO2）作為硫載體，通過固態(tài)熔融的方法制備了不同質(zhì)量比的氣相二氧化硅和升華硫復合材料（GPSiO2/S）作為正極。研究發(fā)現(xiàn)，制備的復合材

3、料均為冰裹狀結構，電極循環(huán)后其表面呈現(xiàn)珊瑚礁狀。電化學性能測試發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量比為3:7的GPSiO2/S復合材料為最佳配比，其首次放電比容量達到1610mA·h/g，硫利用率達到96％，經(jīng)過50圈后，其比容量保持在814mA·h/g，其原因可能是該復合材料擁有相對較低的阻抗。
　　2.將質(zhì)量比3:7的GPSiO2/S復合材料用聚乙二醇4000（PEG）進行包覆，制成PEG包覆的氣相二氧化硅/硫復合材料作為Li/S電池的復合材料（GPS

4、iO2/S@PEG）。研究結果顯示，PEG包覆后的復合材料是核殼結構，包覆后首次放電比容量下降明顯，但其可逆性以及放電電壓得到提升。100圈循環(huán)后，經(jīng)過 PEG包覆后比容量提升16%。其首次放電比容量下降的原因是作為“殼”的PEG阻礙了復合材料的電子傳輸，使之電荷阻抗和離子轉(zhuǎn)移阻抗較大。
　　3.在最佳配比的GPSiO2/S中添加碳納米管（CNTs），制備出不同質(zhì)量比的氣相二氧化硅、碳納米管和升華硫復合材料（GPSiO2-CNTs