石墨烯-硫復(fù)合正極材料的制備和性能研究.pdf

1、鋰硫電池具有高比容量、高比能量、低毒性、低成本等優(yōu)點(diǎn)，是一種前景非常好的高能效鋰離子電池。但是硫的低電導(dǎo)率、電池充放電過(guò)程中的中間產(chǎn)物多硫化鋰易溶解于有機(jī)電解液等因素，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)性能。石墨烯具有高比表面積、高電導(dǎo)率、良好的機(jī)械性能和低密度等諸多特點(diǎn)，與硫復(fù)合制備正極材料，既可以提高正極材料的導(dǎo)電性，又能夠有限的限制多硫化鋰的溶解擴(kuò)散，在鋰硫電池正極材料中具有非常大的應(yīng)用前景。
　　本論文設(shè)計(jì)并制備了三種高含硫量的石墨烯/硫

2、復(fù)合正極材料，采用FT-IR、XRD、SEM、TG等測(cè)試手段對(duì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，并進(jìn)行恒流充放電測(cè)試其循環(huán)穩(wěn)定性，系統(tǒng)的研究了其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　?。?）采用熱熔融法在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將熔融態(tài)的單質(zhì)硫滲透到GO層間空隙形成HRGO/S復(fù)合物。測(cè)試結(jié)果表明復(fù)合物有較好的插層結(jié)構(gòu)，硫含量為77.8wt％。在0.1C的倍率下，首次循環(huán)放比電容量為660mAh/g，50次循環(huán)后放電比容量為407mAh/g，循環(huán)比容量保持率僅為6

3、1.7％。
　?。?）在堿性GO水分散液里合成硫顆粒，GO自然包覆到硫顆粒表面。測(cè)試結(jié)果表明得到具有全包覆結(jié)構(gòu)的亞微米級(jí) S@RGO顆粒復(fù)合物，其中硫含量高達(dá)83.9wt％；在0.1C的倍率下，首次循環(huán)放電比容量為653mAh/g，50次循環(huán)后放電比容量為535mAh/g，循環(huán)比容量保持率提高到81.9％。石墨烯全包覆結(jié)構(gòu)對(duì)多硫化物的擴(kuò)散有比較好的限制作用，但電池循環(huán)穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步的提高。
　　（3）在表面活性劑的作用下

4、，先制備具有聚合物包覆層的硫顆粒，然后采用GO對(duì)顆粒進(jìn)行包覆。測(cè)試結(jié)果表明形成了的微米級(jí)的S@PEG@RGO顆粒復(fù)合物，其中含硫量為78.1wt％。在0.1C倍率下，首次循環(huán)放電比容量為546mAh/g，50次循環(huán)后放電比容量為516mAh/g，循環(huán)比容量保持率提高到94.5％，在0.2C倍率下循環(huán)150次后比容量保持率仍有88.5％（508mAh/g）。與S@RGO相比，雖然添加中間絕緣層降低硫的初始利用效率，但是提高了對(duì)多硫化物擴(kuò)散