鋰-硫電池用金屬鋰負極的保護及電化學性能研究.pdf

1、鋰-硫電池由于具有較高的比能量（2600 Wh g-1）因而在近些年受到廣泛關注。單質硫具有價格低、含量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點，使鋰硫二次電池成為未來最具競爭潛力的二次電池體系。但單質硫的絕緣性、反應中間產(chǎn)物易溶于電解液以及鋰負極的損耗等特性造成的電池性能快速衰減，嚴重限制了鋰-硫電池的實際應用。本論文通過旋轉涂覆的方法，在鋰負極表面分別涂覆氧化石墨烯（GO）涂層和 Al2O3涂層，以期改善鋰硫電池鋰負極的形貌和穩(wěn)定性，從而進一步提高鋰-

2、硫電池的電化學性能。
　　本文首先將導電炭黑與單質硫球磨混合后155度熱處理，制得硫含量為65％的硫-碳復合材料。在氬氣保護氛圍中，采用旋轉涂覆的方法在鋰片表面涂覆氧化石墨烯。通過XRD對正極材料的結構特征進行表征，通過SEM對電化學循環(huán)前后鋰負極表面形貌進行表征，并分別對表面涂覆和未涂覆氧化石墨烯的負極進行了電化學性能測試和對比分析。結果表明，當金屬鋰表面氧化石墨烯涂覆量為0.46 mg cm-2時，以該金屬鋰為負極的電池在16

3、0 mA g-1電流密度下循環(huán)50周，正極的放電比容量在785 mAh g-1,表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學性能。特別是，氧化石墨烯保護層在循環(huán)過程中始終保持完整的形貌。研究表明，氧化石墨稀對于由于穿梭效應帶來的金屬鋰的腐蝕和硫正極活性物質的損失有一定抑制的作用。本工作進一步采用價格低廉且電化學惰性的納米氧化鋁作為修飾材料進行表面涂覆。將PBX51，碳納米管與單質硫按照1.5:1.5:7的比例混合后155度熱處理，制得硫含量為70%的硫碳復合材料

4、。在氬氣保護氛圍中，采用旋轉涂覆法在鋰片表面涂覆Al2O3。在制備的一系列不同涂覆量氧化鋁保護的鋰負極中，氧化鋁涂覆量為0.58 mg cm-2時，鋰硫電池表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學性能。在160mAg-1的電流密度下，正極首周容量達到1215mAhg-1，在50周循環(huán)后其容量保持率為70%。使用純鋰片為負極的電池在50周循環(huán)后，鋰負極形貌破壞較為嚴重，而采用Al2O3保護后的鋰片為負極的電池在50周循環(huán)后，鋰負極能夠更好地保持較為平整的形貌。