硫化亞銅基正極材料的原位電化學(xué)制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、硫化亞銅(Cu2S)由于具有較高的理論比容量(337 mAh·g-1)、較高的電子導(dǎo)電性(ca.104 S cm-1)、平坦的電壓平臺(tái)以及原料在自然界中豐富的儲(chǔ)量，被認(rèn)為是具有前景的下一代鋰離子電池正極材料。然而，在實(shí)用化之前，硫化亞銅基正極材料還有些需要改進(jìn)的地方。硫化亞銅電極在充放電循環(huán)過程中產(chǎn)生的多硫化物(Li2Sx，x>2)易溶于有機(jī)電解液中，從而導(dǎo)致活性物質(zhì)的流失，容量衰減很快。本文采用原位電化學(xué)法制備了S-C及S-PPy聚吡

2、咯復(fù)合材料前驅(qū)體，并對其形貌、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在此過程中銅箔既作為集電極，還作為制備 Cu2S的原料。銅箔在反應(yīng)過程中的腐蝕是緩和的，不會(huì)影響集電極的結(jié)構(gòu)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用濃硫酸對葡萄糖的脫水碳化作用，一鍋法制備了前驅(qū)體S-C復(fù)合材料，再通過在銅集電極上的充放電測試過程，原位電化學(xué)法制備了Cu2S-C復(fù)合材料。復(fù)合材充放電測試結(jié)果顯示，Cu2S-C復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)循環(huán)性能，其首次可逆容量達(dá)255.4 m

3、Ah·g-1，100次循環(huán)后容量252.3 mAh·g-1，容量衰減幾乎可以忽略。而且，分別在電流密度0.2 C，0.5 C，1 C(1 C=337 mA·g-1)下進(jìn)行充放電性能測試，結(jié)果容量分別達(dá)232.8，207.6，183.8 mAh·g-1，倍率性能較好。SEM測試結(jié)果顯示，S-C前驅(qū)體材料的形貌受復(fù)合材料中的碳含量和制備復(fù)合材料的H2SO4的濃度影響較大。同時(shí)，Cu2S-C復(fù)合材料的電化學(xué)性能與前驅(qū)體S-C復(fù)合材料中碳含量以

4、及H2SO4的濃度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的設(shè)計(jì)碳含量為5 wt.％，合適的H2SO4濃度(所有試劑滴加完成后的濃度)為75%。⑵采用原位化學(xué)氧化聚合法制備了前驅(qū)體S-PPy復(fù)合材料，然后利用在銅集電極上充放電過程原位電化學(xué)法制備了Cu2S-PPy復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Cu2S-PPy復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)循環(huán)性能和倍率性能，在0.2 C(1 C=337 mA·g-1)下首次可逆容量達(dá)297.4 mAh·g-1，50次循環(huán)后仍保持在

5、270.2 mAh·g-1。并且研究了PPy在前驅(qū)體復(fù)合物中的含量對材料微觀形貌和結(jié)構(gòu)的影響。S-PPy復(fù)合材料前驅(qū)體在不同的集電極鋁箔、銅箔上所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理有很大的差別，在不同的集電極上充放電電壓曲線不同，不同的電壓曲線代表不同的電化學(xué)反應(yīng)歷程。在鋁箔上，發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)完全符合 Li-S電池體系的反應(yīng)情況。而在銅箔上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，原位電化學(xué)制備得到 Cu2S-PPy復(fù)合材料。使用適當(dāng)?shù)碾娊庖河欣谔岣唠姌O材料的電化學(xué)性能，在