納米石墨片的制備及其在鋰-硫電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、鋰-硫電池具有很高的理論容量和能量密度，且單質(zhì)硫成本低廉、來(lái)源廣泛和環(huán)境友好，因此鋰-硫電池備受研究者關(guān)注。但是，鋰-硫電池也存在單質(zhì)硫?qū)щ娦圆?、放電產(chǎn)物易沉積等缺點(diǎn)，造成充放電比容量衰減及循環(huán)壽命縮短。近些年，研究者們致力于將硫單質(zhì)與其他材料進(jìn)行復(fù)合，以提升鋰-硫電池的整體性能。納米石墨片具有導(dǎo)電性好、缺陷結(jié)構(gòu)少和比表面積較高等特點(diǎn)，將其與硫進(jìn)行復(fù)合，有望成為良好的鋰-硫電池電極材料。本論文采用液相剝離與機(jī)械球磨相結(jié)合的方式制備了納米

2、石墨片，進(jìn)而將其與硫、電紡碳納米纖維、銀納米線(xiàn)等材料進(jìn)行復(fù)合，得到了一系列新型的復(fù)合納米材料，并采用SEM/EDS、XRD、Raman和TG等手段進(jìn)行了較為系統(tǒng)的表征，最后將所制備的一些復(fù)合材料制作成鋰-硫電池，研究其電化學(xué)性能。
　　首先，采用液相剝離與機(jī)械球磨法制備納米石墨片，研究了一些工藝參數(shù)（溶劑的種類(lèi)和濃度以及球磨的轉(zhuǎn)速、時(shí)間和球料比等）對(duì)其厚度的影響。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，規(guī)?；刂苽涑龊穸瓤蛇_(dá)3~5 nm的納米石墨片。本

3、研究得出的較為理想的制備工藝參數(shù)條件是：將初始濃度為0.5 mg/mL的石墨，在水楊酸苯酯濃度為17.852 mg/mL的苯甲酸芐酯溶液中超聲10 h；之后，以球料比50:1、大小球質(zhì)量比1:5、溶劑50 mL、500 rpm條件下球磨5 h制備納米石墨片。
　　進(jìn)而，本論文將納米石墨片與納米硫進(jìn)行復(fù)合制得了納米石墨片-硫復(fù)合材料，通過(guò)組裝成鋰-硫電池對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)0.2C時(shí)，放電比容量可以達(dá)到275 mAh/g。但

4、是，在循環(huán)充放電過(guò)程中，電池的容量衰減比較嚴(yán)重，表明納米石墨片并不具備石墨烯一樣的超高比表面積和孔容量，對(duì)納米硫的極化只能起到一定程度上的限制作用。
　　最后，基于銀納米線(xiàn)具有較高的電導(dǎo)率，通過(guò)分別對(duì)碳納米纖維及納米石墨片浸漬銀納米線(xiàn)的方式，與升華硫復(fù)合后得到碳納米纖維-銀納米線(xiàn)-硫和納米石墨片-硫-銀納米線(xiàn)復(fù)合材料，也通過(guò)組裝成鋰-硫電池對(duì)其進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試，研究了銀納米線(xiàn)對(duì)不同碳基材料的電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，銀納米線(xiàn)