鋰硫電池正極材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和大型電網(wǎng)儲(chǔ)能的廣泛使用，開發(fā)高性能和長(zhǎng)壽命的下一代電池是社會(huì)快速發(fā)展的迫切要求。在可再充電的電池類別中，由于具有高理論能量密度(2500 Wh kg-1)、高天然豐度、硫成本低以及對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，鋰硫(Li-S)電池目前已經(jīng)吸引了全世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的興趣，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的新能源之一。但是，我們?nèi)匀恍枰钊氲牧私?，以徹底克服鋰硫電池?shí)用化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如硫的不完全利用率，高的容量衰減率以及低的庫(kù)倫效

2、率。本文從改善鋰硫電池正極材料的角度出發(fā)，針對(duì)以上存在的問題，采用了三種不同方法制備介孔二氧化錳管/硫復(fù)合材料、核殼結(jié)構(gòu)的S@MnO2納米球和三維空心石墨烯球/硫復(fù)合材料。
　　(1)制備介孔二氧化錳管作為有效的載硫體。首先，通過靜電紡絲法和高溫碳化制各自支撐的碳納米纖維，再與高錳酸鉀進(jìn)行原位的氧化還原反應(yīng)，在碳纖維表面生長(zhǎng)二氧化錳，直到碳纖維被反應(yīng)完全。生成的介孔二氧化錳管是由內(nèi)層的二氧化錳殼和外層的介孔二氧化錳片組成，可以通過

3、物理束縛和化學(xué)吸附很好的抑制多硫化物的溶解。在1C電流密度下，電池首次充放電比容量為967mAh g-1，循環(huán)300圈后，仍有556mAh g-1的比容量，平均每圈衰減0.14％。
　　(2)采用KMnO4和MnSO4，的氧化還原反應(yīng)來制備具有核殼結(jié)構(gòu)的S@γ-MnO2的納米復(fù)合材料，然后深入研究了在鋰硫電池中γ-MnO2與多硫化物的相互作用機(jī)制。與裸露的固體硫球?qū)Ρ龋哂泻藲そY(jié)構(gòu)的S@γ-MnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出非常良好的電化學(xué)性

4、能，在0.5倍率下，循環(huán)300個(gè)周期后仍然還有82％的容量保留率。在1C循環(huán)超過600次和在2C循環(huán)超過400次的容量衰減分別為每次0.07％和0.14％。
　　(3)采用三維的中空石墨烯球載硫作為鋰硫電池正極材料。中空石墨烯球的合成是通過自組裝方法將氧化石墨烯包覆在二氧化硅球上，然后經(jīng)碳化后腐蝕除去二氧化硅。將其與單質(zhì)硫復(fù)合得到中空石墨烯球/硫復(fù)合材料，載硫量高達(dá)90wt％。在0.5C電流密度下循環(huán)200圈后，仍具有較高的可逆比