硫—導(dǎo)電炭黑復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為清潔環(huán)保的便攜能源，已廣泛應(yīng)用于手機(jī)通信、平板電腦和筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品中。然而在交通工具領(lǐng)域中的應(yīng)用仍面臨能量密度不足，功率密度低，安全性差和成本較高等困難。因此開(kāi)發(fā)具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低成本的鋰離子二次電池體系具有重要的意義。單質(zhì)硫的理論比容量為1672 mAh/g，且以單質(zhì)硫?yàn)檎龢O和金屬鋰為負(fù)極構(gòu)成的鋰硫電池，其理論能量密度達(dá)2600 Wh/kg，因此被認(rèn)為目前最有前景的下一代高能量二次電池之一。然而由于

2、單質(zhì)硫的導(dǎo)電率較低且充放電過(guò)程中生成的多硫化物易溶解在電解液中造成循環(huán)穩(wěn)定性差，阻礙了硫電極在鋰離子二次電池的實(shí)用化。本文擬采用比表面積較大的商業(yè)化導(dǎo)電炭黑作為導(dǎo)電載體，通過(guò)濕法球磨法和原位硫沉積法制備硫-導(dǎo)電炭黑復(fù)合材料，并對(duì)電解液進(jìn)行優(yōu)化，以期獲得循環(huán)性能良好，高負(fù)載量的硫正極復(fù)合材料。
　　本文采用了濕法球磨法來(lái)制備硫-碳復(fù)合材料。采用5 mol/L的LiTFSI+0.2mol/L LiNO3(DOL∶ DME=1∶1，v/

3、v)醚類電解液作鋰硫電池的電解液。測(cè)試結(jié)果表明，所制備的硫?qū)щ娞亢趶?fù)合材料（C∶S質(zhì)量比分別為1∶1，1∶2和1∶3），其首周放電比容量分別為634.4、639.5和681.5mAh/g（以硫碳復(fù)合材料總質(zhì)量計(jì)算）。充放電循環(huán)100周之后，相應(yīng)地容量保持在367.2、420.4和387.7mAh/g，容量保持率均達(dá)71.2％以上。該方法使硫在導(dǎo)電基體上得到了充分分散和固定，所以改善了材料的循環(huán)穩(wěn)定性，且簡(jiǎn)單易操作，具有一定的應(yīng)用前景。<

4、br>　　由于濕法球磨法制備的硫碳復(fù)合材料，有部分顆粒團(tuán)聚，且顆粒分散不夠均勻。故本論文又采用原位硫沉積法制備硫碳復(fù)合材料，將利用化學(xué)反應(yīng)原位生成的硫納米顆粒負(fù)載到導(dǎo)電炭黑的介孔/微孔里，成功制備了不同載硫量的S/CCB復(fù)合材料。并通過(guò)掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射等對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用相同的電池體系對(duì)所制備的硫-導(dǎo)電碳復(fù)合材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果顯示，所制備的52、56和62 wt.％的S/CCB復(fù)合材料的首周放電比

5、容量分別為1534.6、1357.4和1185.9 mAh/g(s)，循環(huán)100周之后的放電比容量分別為1012.2、957.9和798.6 mAh/g(s)，以第二周穩(wěn)定的放電比容量來(lái)計(jì)算，所制備的S/CCB復(fù)合材料的容量保持率都超過(guò)75.1％。且56wt.％的S/CCB復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性最佳，100周之后容量保持率達(dá)80.1％。該法利用碳納米孔限制了硫顆粒的尺寸，利用優(yōu)化后的電解液限制其放電產(chǎn)物多硫化鋰的溶解損失。因此不僅提高了活