二次鋰電池單質硫復合正極材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、該研究論文首先較為詳細地綜述了鋰二次電池用硫系正極材料的研究現(xiàn)狀和實際應用情況，選擇了比容量最高的單質硫作為研究方向，考察了單質硫正極材料的商業(yè)現(xiàn)狀，技術現(xiàn)狀，硫系材料的發(fā)展趨勢以及各種方法制備出的硫系正極材料的優(yōu)勢與缺點。單質硫因具有很高的能量密度、豐富的自然資源和環(huán)境友好等多種優(yōu)勢，成為下一代鋰電池中最有發(fā)展前景的正極材料之一。但是單質硫及其放電產(chǎn)物導電性差，易溶于有機溶劑，使得鋰-硫電池正極活性物質利用率低、循環(huán)性能差等。

2、　　針對以上問題，本文設計并制備了以下三大類復合正極材料，一種是導電聚合物/硫復合材料；一種是納米多孔導電材料/硫復合材料；另一種是納米催化活性材料/硫復合材料。并采用H-NMR譜、FTIR光譜、XRD、元素分析、DSC和SEM等手段比較系統(tǒng)地對復合材料進行了表征。探索其作為鋰電池正極材料的可行性。并分別把以上三大類復合材料做成正極與液態(tài)電解質或凝膠態(tài)電解質組裝成金屬鋰電池。以充放電技術研究了不同類別復合正極的充放電性能；以掃描電鏡技術

3、觀測了復合正極的表面形貌；以循環(huán)伏安技術和交流阻抗技術研究了復合正極電極的電化學性能；并初步探討了鋰-硫電池體系中充電過程、放電過程、充放電效率、自熱和自放電等對體系飛梭常數(shù)的影響，推導了這些過程的機理并簡要的進行了分析。
　　采用聚氯乙烯與單質硫在一定的溫度下加熱處理，在熔融狀態(tài)下的單質硫作為良好的脫氫氧化試劑，使聚氯乙烯主鏈脫氫形成具有共軛電子的導電聚合物。同時反應體系中剩下的單質硫幾乎是在熔融狀態(tài)下與聚乙炔相接觸，冷卻后形成

4、本文所設計的聚乙炔/硫復合材料。研究發(fā)現(xiàn)硫與導電物質的物理分散方法對硫系材料的電化學性能有較大的影響。前處理方法對硫與聚合物的反應有較大的影響，好的前處理方法可使材料的反應能力增強。用溶液混合的方法可以使硫與聚合物分散的更好，反應變得更加容易。溶液混合是比較好的前處理方法。硫系復合材料的改性不僅可以從物理或化學的方向考慮，還可以將兩種方法結合起來應用。
　　將單質硫鑲嵌入具有納米級孔或微孔的多孔材料之中。采用分階段加熱處理的辦法，

5、將熔融狀態(tài)的單質硫滲透入活性炭和多壁碳納米管的納米級孔或微孔之中，形成納米級復合材料。研究發(fā)現(xiàn)：一方面多壁碳納米管或活性炭具有很強的吸附能力，有效地抑制了單質硫及其放電產(chǎn)物不可逆的溶解到電解質中，還有效地增加了正極材料的表面積，增強了反應活性，提高了活性物質的利用率；另一方面多壁碳納米管或高比表面活性炭具有良好的電子導電性能，整體改善了復合正極材料的導電性能。以及納米材料奇特的性能，在很大程度上提高了單質硫的電化學活性。
　　制備

6、了納米催化活性材料氧化鑭，把其與活性物質單質硫混合制成正極納米復合電極，研究結果表明：一方面納米氧化鑭以其強的吸附能力，可以有效地抑制單質硫及其放電產(chǎn)物多硫化合物陰離子2-XS溶解到液態(tài)電解質中，還能有效地增加正極材料的表面積；另一方面由于其對硫-硫鍵的斷裂和鍵合反應有電化學催化作用，極大地增強了活性物質的電化學活性，改善了復合電極的動力學特性，大大提高了氧化還原反應速率和電極材料的利用率。
　　對上述不同電池體系的研究表明，傳統(tǒng)