硫基復合納米材料的設計制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池是一種高效、清潔的化學儲能系統(tǒng)。但目前商業(yè)化的鋰離子電池受其理論容量限制，很難進一步提高其能量密度。鋰硫電池是以硫單質(zhì)作為正極，金屬鋰作為負極的一種鋰離子電池。鋰硫電池具有環(huán)境友好、廉價易得、能量密度高等優(yōu)點，應用前景廣闊，是極具潛力的新型化學儲能系統(tǒng)。但是，硫的導電性差，以及長鏈多硫化物極易溶于電解液而產(chǎn)生穿梭效應等缺陷，導致活性物質(zhì)的損失，電池性能的急劇下降，這些問題極大地制約了鋰硫電池的發(fā)展。為了解決以上問題，人們提出了

2、各種復合改性的硫基正極材料，從而提高其電化學性能。
　　本文分別以三維大介孔碳(MC)、氮摻雜的碳(N-C)、聚吡咯(PPy)和二氧化硅為復合介質(zhì)，設計制備出了一系列硫基復合材料。由于獨特的組成和結(jié)構(gòu)特性，這些硫基復合材料均表現(xiàn)出了較好的儲鋰性能。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以納米CaCO3為模板通過葡萄糖熱解制得的三維大介孔碳(MC)為碳介質(zhì)，將其酸化預處理后，通過高溫氣相滲硫的方法，獲得酸化處理的大介孔碳(A-M

3、C)負載硫的復合納米材料(A-MC@S)。A-MC作為有效的緩沖介質(zhì)和導電介質(zhì)，提高了硫正極材料傳輸電荷的能力，并在一定程度上抑制了多硫化物的溶解，使得A-MC@S納米復合物具有良好的儲鋰性能。例如，在充放電電流密度為167.5 mA g-1的條件下循環(huán)50圈后，A-MC@S納米復合物的放電比容量仍高達486.6 mAh g-1。
　　(2)以模板法制得的氮摻雜的碳管(N-C NTs)為介質(zhì)，通過高溫氣相滲硫的方法，制各得到N-C

4、@S復合材料。良好的儲鋰性能歸因于氮摻雜碳管的引入可以提高材料的穩(wěn)定性和電子導電性，其表面的孔隙對于多硫化物也具有一定的吸附作用。在167.5mAg-1的充放電速率下，250次循環(huán)后N-C@S復合物的比容量保持在475.8 mAh g-1。
　　(3)通過無溶劑原位化學氧化聚合的方法制得S@PPy核殼納米復合材料，該復合物是在硫球的表面均勻包覆著一層聚吡咯，并保持著硫球的球形形貌。與純的硫球比較，由于其獨特的結(jié)構(gòu)，具有較高的容量和