高比能量锂/硫原电池的研制

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leimu438
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锂/硫电池因其高比容量而受到广泛关注,在现有锂电池中,锂/硫电池的比容量最高。然而,单质硫导电性差,硫含量为100%的正极在室温下放电性能较差,导致单质硫利用率低。因此,对锂/硫电池正极材料进行改性研究至关重要。本论文主要针对正极进行改性研究,用不同方法制备碳硫复合物,制作具有不同厚度的正极,组装模拟电池,选择具有较好放电性能的材料和制作工艺,研制锂/硫原电池。并用x射线衍射、热重分析、SEM测试、TEM测试、孔径分析等测试方法分析复合材料的形貌结构,利用电化学测试系统,在不同温度下进行恒流放电测试,探究放电性能。   利用球磨法制备单质硫一活性炭复合材料,分别以单质硫和单质硫-活性炭复合材料为正极活性物,制作厚层正极,组装模拟电池。实验结果表明,单质硫已嵌入活性炭的多孔结构中。在相同放电条件下,碳硫复合物具有较好的放电性能,改性后电池放电比能量提高26.4%。当温度为60℃时,碳硫复合物放电比容量为460 mAh·g-1,比能量为1076 Wh·kg-1。   利用热处理法制各单质硫.活性炭复合材料,使单质硫以液态和气态形式进入活性炭孔隙中。以该复合材料为正极材料,制作薄层正极,组装模拟电池。实验结果表明,热处理法制得的复合材料能使单质硫更好地进入活性炭的孔隙中,且放电比能量比球磨法制得的碳硫复合材料提高22.8%。同时,薄层正极具有更好的放电性能,当正极厚度由1.3mm减小到60 um时,放电比能量提高了15.3%。当温度为60℃时,放电比容量为641 mAh·g-1,比能量为1416 Wh·kg-1。   热处理制得的碳硫复合物正极材料制作的薄层正极,具有最佳的放电性能。利用热处理法制备单质硫一碳纳米管复合材料,采用双层涂覆的方法制作薄层正极,组装锂/硫实体原电池。实验结果表明,约80%单质硫嵌入碳材料的孔隙中,常温下放电,放电比比容量为627 mAh·g-1,比能量为1439 Wh·kg-1。60℃恒流放电,放电比容量为730 mAh·g-1,比能量为1643 Wh·kg-1。
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