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在生态环境的恶化以及人们对于能源需求日益高涨的大背景下,寻求一种高储能的新型锂离子二次电池已经成为科研的热点。硫由于在自然中储量丰富,无污染,成本低且储能密度高(1675mAh/g),锂硫电池也为人们探索的方向提供了一种可能。但是,锂硫电池其自身也存在着天生不足的限制,例如硫单质以及其放电产物 Li2S的不导电性,再如锂硫电池在充放电过程中产生的“飞梭效应”,充放电过程中产生的体积应变等等。 本课题以三维石墨烯作为硫的载体,以硫代硫酸钠作为硫源。将氧化石墨烯溶液与硫代硫酸钠溶液混合,添加具有还原性的抗坏血酸(VC酸)与具有酸性的盐酸(HCl)混合液,一方面VC酸可以有效的去除氧化石墨烯中含氧官能团,促进片层与片层之间进行堆叠,进而形成三维结构,另一方面,盐酸电离出来的 H+与硫代硫酸钠参与反应,生成细小颗粒的硫单质,进而可以一步法制备3D-rGO/S正极材料。 本课题采用具有三维结构的还原氧化石墨烯对硫单质进行包覆,可以增加体系的导电性能,限制硫单质的流失,抑制飞梭效应。同时,其对于锂硫电池产生的体积应变具有良好的缓冲作用。三维石墨烯片层与片层一方面增大了硫的有效填充空间,另一方面提供了电子以及离子的传导通道。 结果表明,在120℃,反应3h的条件下,碳硫比为1:4时,制备出来的正极复合材料硫含量为46wt%,其放电比容量较其他配比为最高值,可达1051mAh/g,0.1C(1C=1675mAh/g)倍率下循环80次,其比容量依然可以达到884mAh/g,循环较为稳定。而后,又对表现较好、碳硫比为1:4的配方进行了条件摸索,课题设置了不同的反应时间,分别为2h、3h以及4h,探求反应时间对于硫含量及其电化学性能的影响。实验结果表明,反应3h时,其生成的硫单质较为细小且还原氧化石墨烯三维结构强度,孔隙大小较为适合。随着时间增加到4h时,由于硫单质的团聚现象和三维结构的过度紧凑,生成硫单质与电解液接触面积被缩小,硫单质颗粒利用率下降,其放电比容量存在下降的现象。