不同硫源制備氧化石墨烯-硫復合材料及其電化學性能研究.pdf

1、鋰硫電池是一類極具發(fā)展前景的高容量儲能體系，單質(zhì)硫在自然界中廣泛存在，且成本低、對環(huán)境友好，但鋰硫電池仍面臨正極活性材料硫的絕緣性導致活性材料利用率低，充放電過程中形成的多硫化物在電解液中高度的溶解性導致電池循環(huán)性能差等突出問題。本論文通過改變硫源，使小分子的硫與導電材料氧化石墨烯復合來改善電極材料的導電性，提高電池性能。
　　（1）通過改進的Hummers法制備了氧化石墨，采用FT-IR、XRD、SEM對其物理性能進行了表征，結(jié)

2、果顯示石墨氧化較徹底，且氧化后的石墨層間距明顯增大（0.739 nm），鍵入大量含氧官能團。將氧化石墨超聲分散制得氧化石墨烯溶液，作為鋰硫電池硫正極的改性物質(zhì)。使用Na2S2O3作硫源，與鹽酸反應，采用原位沉積路線與氧化石墨烯復合，所得的復合材料與傳統(tǒng)路線合成的復合材料的電化學性能進行了對比，同時使用純硫做正極作為對照。50 mA/g電流密度下，首次放電比容量可達589 mA h/g，而傳統(tǒng)方法制備復合材料和純硫作正極電池首次放電比容量

3、分別為429 mA h/g和385 mA h/g；20次循環(huán)后液相原位法復合材料的比容量也是最高的。交流阻抗測試結(jié)果顯示，原位沉積路線復合材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，20次循環(huán)后，復合材料正極的電荷轉(zhuǎn)移阻抗增加值相對較小，電池反應動力學明顯優(yōu)于其它兩者。
　?。?）使用Na2Sx作硫源，與HCOOH反應，原位沉積路線與氧化石墨烯復合，改變Na2Sx的濃度，研究了不同硫含量復合材料的物理性能、電化學性能變化情況。熱重分析測得硫含量依次為

4、49.4％，69.5%，74.4%，首次放電比容量分別為329.1 mA h/g、524 mA h/g、498.3 mA h/g；20次循環(huán)后，材料2的可逆比容量最大，為240 mA h/g，容量保持率為45.8%。且從其第2，3，5次的充電曲線上看，電池能夠達到充滿電的狀態(tài)，鋰離子電池典型的極化現(xiàn)象得到了抑制?？梢?，含硫量適中的復合材料2循環(huán)性能及倍率性能都較優(yōu)良。交流阻抗結(jié)果表明，復合材料2的電荷轉(zhuǎn)移阻抗較小，鋰離子擴散程度較高。<

5、br>　?。?）將升華硫溶于CS2后，與氧化石墨烯混合，制備了含硫量不同的復合材料。另外升華硫直接加入到氧化石墨烯溶液制備了復合材料，對比二者物理、電化學性能。XRD、FT-IR、SEM測試表明，通過將升華硫溶于CS2來制備的復合材料，復合的更均勻，硫的粒徑更小，硫?qū)ρ趸┻M行了部分還原，XRD表征中出現(xiàn)石墨烯的特征衍射峰，掃描圖中也能清楚地看到片狀的石墨烯分布，尤其是含硫量適中的復合材料2，石墨烯、氧化石墨烯、小分子硫均勻地分布著

6、，紅外光譜表明其出現(xiàn)了新的C-S鍵。電化學測試結(jié)果顯示：GO/S（CS2）復合材料1，2，3在50 mA/g電流密度下的首次放電比容量分別為398 mA h/g、510 mA h/g、467 mA h/g。而GO/升華硫復合材料的首次放電比容量比同等含硫量的GO/S（CS2）復合材料2低40 mA h/g，且放電平臺也短了很多。GO/S（CS2）復合材料1，2，3和 GO/升華硫復合材料20次循環(huán)后的可逆容量保持率依次為24.1%，28