多孔碳的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、鋰硫電池(Li-S)具有理論比容量高(1675mAh/g)，理論比能量大（2500Wh/Kg），資源豐富，環(huán)境友好，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，受到科研工作者的廣泛關(guān)注，是目前已知的最高的鋰電池體系。但是鋰硫電池也存在很大的不足，硫是電子絕緣體（室溫下硫的電導(dǎo)率為5×10-30S/cm），鋰硫電池的容量衰減快，主要原因是放電過程中生成的多硫化鋰在電解液中的溶解、多硫化鋰在正負(fù)極之間的穿梭效應(yīng)及硫在電化學(xué)還原過程中的體積膨脹等，另外鋰硫電池在充電時(shí)負(fù)

2、極產(chǎn)生的鋰枝晶也使鋰硫電池存在安全隱患，正是這些缺點(diǎn)限制了鋰硫電池在市場(chǎng)上的廣泛應(yīng)用。
　　本論文簡(jiǎn)單介紹了鋰離子電池及鋰硫電池的工作原理，概述了鋰硫電池中正極復(fù)合材料的幾種類型，對(duì)電極材料中硫的不同的碳載體進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。本論文在綜合分析了硫電極的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出采用不同的碳源及不同的造孔劑制備不同孔結(jié)構(gòu)的碳材料，具體如下:
　　1.以酚醛樹脂為碳源，兩親性表面活性劑(F127)為軟模板，合成了微孔碳材料。結(jié)果表明

3、:當(dāng)F127用量為1.0g，碳化溫度為900℃制備的碳材料比表面積為638m2/g，孔容為0.321cm3/g;碳/硫復(fù)合材料（50％的硫含量）以0.2C放電，首次放電比容量為795.6mAh/g，50次循環(huán)后比容量維持在470mAh/g，70次循環(huán)后比容量為447.6mAh/g，優(yōu)于0.1C的電性能。F127用量為0.5g，碳化溫度為900℃制備的碳材料比表面積為838m2/g，孔容為0.415cm3/g;所制備的碳硫復(fù)合材料（50％

4、的硫含量）0.1C放電，首次放電比容量為848.5mAh/g，50次循環(huán)后電池的比容量維持在540mAh/g，充放電效率為99.7％。復(fù)合材料在較大電流密度(0.2C)和高載硫量(50％)具有更好的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2.以酚醛樹脂為碳源，F(xiàn)127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成了有序介孔碳，同時(shí)加入了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用以調(diào)整孔的分布，分別考察了硫含量不同和放電倍率不同對(duì)電池性能的影響。結(jié)果表明，未加入PVP時(shí)，固化溫度升高至1

5、60℃，合成出的有序結(jié)構(gòu)具有較好的電性能。100℃固化，PVP與F127的質(zhì)量比為0.5∶1時(shí)，制得的碳材料中存在較多微孔或較小的介孔，比表面積為442.1m2/g。所制備的碳硫復(fù)合材料（60％的硫含量）0.1C放電時(shí)電性能最好，100次循環(huán)后，放電比容量穩(wěn)定在558.3mAh/g，充放電效率為97.2％。
　　3.實(shí)驗(yàn)以聚丙烯腈為碳源，聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物為碳前驅(qū)體，通過微觀相分離產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，并碳化制備微孔碳，通