鋰硫電池硫-碳復(fù)合正極材料的研究.pdf

1、鋰硫電池比容量和比能量密度顯著高于鋰離子電池，但存在活性物質(zhì)導(dǎo)電性差，循環(huán)壽命短等缺點(diǎn)。本文從優(yōu)化正極材料成分和結(jié)構(gòu)兩方面入手來(lái)提升鋰硫電池的性能。在材料成分方面，選取合適碳材料，為活性物質(zhì)提供導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，吸附多硫化物；研究氧化物和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等正極添加劑對(duì)電池性能的影響。在結(jié)構(gòu)方面，重點(diǎn)設(shè)計(jì)出以高比表面、大孔容和強(qiáng)吸附能力的活性炭為載體復(fù)合硫形成第一級(jí)核殼結(jié)構(gòu)，石墨烯包覆層在硫/活性炭外形成第二級(jí)核殼結(jié)構(gòu)，將硫及其產(chǎn)物限制在

2、活性炭和石墨烯構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部。
　　探索硫/碳復(fù)合材料及電極制備工藝，選擇最佳粘結(jié)劑，碳材料和硫碳復(fù)合方法。以聚四氟乙烯（PTFE）為粘結(jié)劑的材料在3C下的比容量是聚偏氟乙烯（PVDF）粘結(jié)劑的9.9倍。此外，提出PTFE粘結(jié)劑可以自動(dòng)控制正極內(nèi)電解液量的假設(shè)。熔融擴(kuò)散法比歧化法更有利于將硫均勻分散在多孔碳材料的孔道內(nèi)表面，從而具備更好的電化學(xué)性能。
　　在石墨烯、碳納米管、介孔碳CMK-3、真空膨化石墨烯和活性炭五種碳

3、材料中，活性炭的比表面和孔容大，存在孔徑較小的介孔使得硫/活性炭材料具有最佳性能。根據(jù)對(duì)理論硫含量的計(jì)算，使用兩種方法優(yōu)化硫/活性炭中的硫含量，使得硫全部進(jìn)入到活性炭孔道中，0.1C可逆比容量高達(dá)1334mAh g-1。
　　石墨烯對(duì)硫/活性炭包覆形成二級(jí)核殼結(jié)構(gòu)（硫/活性炭@石墨烯），將多硫化物限制在活性炭和石墨烯包覆層內(nèi)部，防止其從活性炭孔中擴(kuò)散出去。在石墨烯包覆時(shí)加入氧化物L(fēng)i4Ti5O12（LTO）可以增強(qiáng)對(duì)多硫化物的吸附