碳基鋰硫電池材料制備及性能研究.pdf

1、當(dāng)今，能源危機(jī)和環(huán)境問題已經(jīng)成為阻攔社會持續(xù)發(fā)展最棘手的兩大挑戰(zhàn)。隨著風(fēng)能太陽能等可再生綠色能源的快速發(fā)展，研究發(fā)展新型的能源存儲裝置和科學(xué)技術(shù)的任務(wù)顯得尤為迫切。鋰硫電池表現(xiàn)高的能量密度(2500Wh/kg)，高的理論容量(1675mAh/g)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在能源領(lǐng)域掀起了研究熱潮，同時其安全系數(shù)高，原材料富余，對環(huán)境和諧。然而元素硫本身導(dǎo)電性就差，充放電過程中材料還會發(fā)生大的體積變化，多硫化鋰易溶于電解液引起穿梭效應(yīng)等固有的缺點(diǎn)很大程度

2、上限定了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。
　　為了解決上述問題，本文從導(dǎo)電功能性插層的添加，硫正極復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，多孔碳材料基復(fù)合硫正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計三方面來開展研究工作。
　　1.摻氮三維石墨烯導(dǎo)電功能性插層的添加對鋰硫電池的改性研究。一種自組裝的摻氮石墨烯功能性插層被應(yīng)用在鋰硫電池的正極和隔膜之間，研究表明能夠顯著提高電池的電化學(xué)性能。這種石墨烯插層具有三維多孔結(jié)構(gòu)和豐富的摻氮活性位點(diǎn)，不僅能夠提高電子傳導(dǎo)速率和電解液的儲存量，并且

3、能物理和化學(xué)吸附鋰多硫化物，從而有效地減少活性物質(zhì)的損失。在70％的純硫電極下，組裝的鋰硫電池在0.1C下初次放電時，就高達(dá)1481mAh/g容量，50次充放電循環(huán)后，容量依然保持在956mAh/g，相比較傳統(tǒng)的沒有添加導(dǎo)電功能性插層的鋰硫電池，很大程度提高了電化學(xué)性能。
　　2.S@MWCNT-PANI-G復(fù)合材料的制備及其對鋰硫電池的改性研究。通過簡單的自組裝的方法成功制備了MWCNT-PANI-G復(fù)合材料，將其用作鋰硫電池中

4、硫的宿主材料。硫含量為68％的S@MWCNT-PANI-G材料，在電流密度為330mA/g下，能得到高的首次放電容量1290mAh/g，循環(huán)100次還有784mAh/g剩余容量，甚至在高的電流密度1.65A/g和3.3A/g下，依然分別保持663mAh/g和548mAh/g。優(yōu)秀的電化學(xué)性能主要由于MWCNT-PANI-G復(fù)合材料特殊的結(jié)構(gòu)，不僅有利于電子和離子的傳導(dǎo)，而且能物理和化學(xué)抑制鋰多硫化物溶于電解液。
　　3.多孔碳材料

5、基復(fù)合硫正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計以及對鋰硫電池的改性研究。通過直接碳化和KOH活化處理千層樹樹皮快速制備了一種新型的摻氮多孔碳泡沫(PCF)。PCF具有高的比表面積，大的孔體積和原位氮摻雜，直接作為集流體來負(fù)載硫應(yīng)用于鋰硫電池。PCF/S電極在電流密度0.2C下，首次有高達(dá)1330mAh/g放電容量，循環(huán)測試100次后，保存880mAh/g可逆容量，同時展現(xiàn)出優(yōu)秀的長循環(huán)穩(wěn)定性（0.5C下，電池循環(huán)了250次，每次只有0.14％容量衰減）。另外