鋰離子電池中三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建.pdf

1、鋰離子電池的正負(fù)極活性材料大都是半導(dǎo)體或絕緣體，導(dǎo)電性較差，如正極活性材料鈷氧化物、錳氧化物和磷酸鹽等，其幾乎是半導(dǎo)體或絕緣材料;負(fù)極活性材料除石墨類外，如硅、金屬氧化物、鈦酸鋰等導(dǎo)電性也較差，介于半導(dǎo)體和絕緣體之間。由于鋰離子電池的活性材料的導(dǎo)電性較差，所以構(gòu)建一個(gè)良好的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，改善鋰離子電池極片的導(dǎo)電性和其它物理性質(zhì)，對(duì)于改善鋰離子電池的電化學(xué)性能是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在商業(yè)化的正極材料和石墨負(fù)極材料，其技術(shù)已經(jīng)很成熟了，但其比容量

2、較低，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展的需求，所以新型的高比容量的鋰硫電池和硅負(fù)極材料得到了廣泛的研究。但活性物質(zhì)硫單質(zhì)和硅的電導(dǎo)率都比較低，而且在充放電過程中，鋰硫電池還存在著多硫離子穿梭效應(yīng)，硅負(fù)極的體積膨脹而粉化脫落，這些導(dǎo)致鋰硫電池和硅負(fù)極的電化學(xué)性能較差，所以要想改善其電化學(xué)性能，構(gòu)建一個(gè)良好的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。
　　因此本論文在鋰硫電池的硫電極和硅負(fù)極中構(gòu)建一個(gè)良好的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高電池的電化學(xué)性能。
　　本論

3、文采用液相超聲和化學(xué)鍍銅的方法制備了一維核殼結(jié)構(gòu)CNTs/S/Cu復(fù)合材料，再用原位電化學(xué)反應(yīng)的方法合成了一維核殼結(jié)構(gòu)的Cu2S/CNTs復(fù)合材料。復(fù)合材料中一維CNTs作為核，提供了良好的導(dǎo)電性，且CNTs是一維納米結(jié)構(gòu)，具有大的長(zhǎng)徑比，能構(gòu)建良好的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了電極整體導(dǎo)電性，同時(shí)還能緩解充放電過程中電極的體積膨脹;而電極形成的多孔結(jié)構(gòu)，與CNTs的毛細(xì)吸附作用相互協(xié)同，能起到很好的物理固硫作用;加上化學(xué)鍍生成的銅及銅集流體能

4、使活性物質(zhì)S轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電性更高的Cu2S，使電池充放電過程中的多硫離子中間體得到很好的固定;導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的物理固硫和銅的化學(xué)固硫產(chǎn)生了協(xié)同作用，使電極充放電過程中產(chǎn)生的多硫離子中間體得到更好的固定;從而提高了S的利用率、電池比容量和改善了電池循環(huán)穩(wěn)定性。還通過電池充放電曲線、XPS等，推測(cè)了電池在充放電過程中的活性物質(zhì)變化的過程和反應(yīng)機(jī)理。
　　本論文通過將S溶解二次沉淀與層狀膨脹石墨混合，得到了P-graphite-S復(fù)合材料，最后在

5、真空下，經(jīng)155℃處理2h，得到P-graphite-S-155復(fù)合材料。將所得P-graphite-S-155復(fù)合材料制成漿料涂覆在銅箔上制得電極，與對(duì)電極Li金屬片組裝成電池，在充放電循環(huán)下原位電化學(xué)生成P-graphite-Cu2S復(fù)合材料。由于膨脹石墨構(gòu)建了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了電極導(dǎo)電性，同時(shí)能緩解充放電過程中電極的體積膨脹，且起到了很好的物理固硫作用;加上銅集流體的化學(xué)固硫協(xié)同作用，使電池充放電過程中的多硫離子得到很好的固定

6、;從而提高了S的利用率和改善了電池循環(huán)穩(wěn)定性，所以所得的電池具有較高的循環(huán)性能和比容量。還通過電池充放電曲線和阻抗測(cè)試，推測(cè)了電池在充放電過程中的活性物質(zhì)變化和電極的極化變化。
　　本論文通過噴霧干燥的方法制備了Si/MWNTS/Pu-pen球形復(fù)合材料，球形顆粒的直徑在5μm左右。Si/MWNTS/Pu-pen球形復(fù)合材料制作電極，組裝2016扣式電池，在200mA·g-1的電流密度下充放電循環(huán)，電池容量保持在1100mAh·g

7、-1左右，充放電循環(huán)50圈，容量保持率高達(dá)93％，所得復(fù)合材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的比容量。這是由于制得的Si/MWNTS/Pu-pen球形復(fù)合材料，MWNTS作為良好的一維導(dǎo)電材料，構(gòu)建了優(yōu)異的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，改善了電極的整體導(dǎo)電性能，且能抑制電極的體積膨脹;而碳源碳化而得的碳顆粒起到了橋梁作用，連接納米Si與MWNTS，使納米Si不至于成為一個(gè)孤島而不導(dǎo)電和抑制納米Si在充放電過程中團(tuán)聚在一起;而納米Si粒徑在100nm左右，在充