【摘 要】
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近年来,锂离子技术的发展因电极材料能量密度限制已逐渐走向饱和。在众多可替代电池技术中,锂硫电池凭借高比能量、原材料价格美丽和环境友好等优势发展前景广阔。然而,实现锂硫电池的实际应用仍面临巨大的技术挑战,这主要归结于硫及其放电产物（Li2S2和Li2S）导电性差,电池充放电过程中硫相变形成的副产物易扩散损失,电极体积膨胀及树枝状锂的形成等一系列问题。尤其是将载硫量提高到实际应用水平时,上述问题会愈发
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近年来,锂离子技术的发展因电极材料能量密度限制已逐渐走向饱和。在众多可替代电池技术中,锂硫电池凭借高比能量、原材料价格美丽和环境友好等优势发展前景广阔。然而,实现锂硫电池的实际应用仍面临巨大的技术挑战,这主要归结于硫及其放电产物（Li2S2和Li2S）导电性差,电池充放电过程中硫相变形成的副产物易扩散损失,电极体积膨胀及树枝状锂的形成等一系列问题。尤其是将载硫量提高到实际应用水平时,上述问题会愈发明显,极大地限制了锂硫电池技术的商业应用。极性过渡金属硫化物对多硫离子具有较强的吸附和催化转化能力,本文利用自支撑导电碳纤维布（CFC）作为基底,在其表面原位垂直生长ReS2纳米片,形成CFC-ReS2复合材料。将CFC-ReS2作为锂硫电池的正极集流体和功能性中间层,探究其对锂硫电池充放电性能和循环寿命的影响。同时还探究了在高载硫情况下,这种正极-中间层-隔膜-负极新型三明治结构对锂硫电池充放电容量的影响。主要研究内容如下:（1）通过简单的水热法在用硝酸处理过的碳纤维布表面垂直均匀生长ReS2纳米片,形成CFC-ReS2复合材料。采用对称电池法、可视化静态吸附实验和H型槽实验证实ReS2纳米片在物理和化学协同作用下能够有效催化转化多硫化物,吸附和阻挡多硫化物的穿梭。（2）将合成的CFC-ReS2复合材料作为硫正极集流体,测试结果表明在载硫量为1.2 mg cm-2时,0.2C倍率下放电比容量达到1522 m A h g-1,当倍率增大至4C时放电比容量还能保持在725 m A h g-1,明显优于以碳纤维布和铝箔作为硫正极集流体的电池,具有优异的倍率性能。（3）基于CFC-ReS2集流体,将CFC-ReS2穿插于正极和隔膜之间作为中间层,发现添加了CFC-ReS2中间层的锂硫电池在倍率设置为0.1C时(S负载:2.0mg cm-2),通过放电其比容量能达到1345 m A h g-1。当倍率扩大至2C时放电比容量为907 m A h g-1,经过不间断充放电1000次测试后,仍能保留有原放电比容量的76.6%,每圈仅有0.023%的容量衰减,展示了出色的循环稳定性。（4）构建三明治结构正极模型,采用CFC-ReS2同时作为硫正极集流体和中间层,并探讨了其在高载硫情况下的倍率性能和循环稳定性。测试结果表明在电池载硫量为4.2 mg cm-2且倍率为0.1C的条件下通过放电,其比容量能达到1075 m A h g-1。当增至0.2C时放电比容量为950 m A h g-1,经过充放电测试120次后,其放电比容量仍能达到924 m A h g-1,当载硫量继续增加至7 mg cm-2时,在0.2C下充放电测试120次后其放电比容量仍能达到781 m A h g-1。综上所述,本文成功合成了CFC-ReS2复合材料,研究探索了其在锂硫电池正极结构及功能性中间层上的有效应用,这一研究为层状二维材料在催化、电化学储能等诸多领域的应用提供了参考。
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