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面对当前严峻的环境污染和能源紧缺问题,人们急需开发出一种新型的储能装置,而目前锂离子电池因其低的理论比容量,不能满足未来对能源的需求。锂硫电池不仅具有1675 mAh·g-1的理论比容量,而且有成本低、安全、环境友好等特点,成为解决上述问题的关键。然而,锂硫电池仍然存在许多问题,如硫正极导电性差、体积膨胀、多硫化物的溶解引发“穿梭效应”和负极锂枝晶等问题,严重阻碍了锂硫电池的商业化进程。 针对锂硫电池存在的问题,本文利用二氧化锰对多硫化物强的化学吸附作用。将其包覆在硫颗粒上,制备了硫/二氧化锰复合材料,同时在此基础上引入碳纳米管,合成了二氧化锰包覆的硫/碳纳米管复合材料。然后对复合材料进行相关性能测试,研究二氧化锰的包覆对复合材料电极性能的影响。具体研究内容如下: (1)采用高锰酸钾受热分解的方法,将生成的二氧化锰分别包覆在自制纳米硫和升华硫上,制备了二氧化锰/自制纳米硫(MnO2/S(h))和二氧化锰/升华硫(MnO2/S(s))复合材料。通过相关物理表征和电化学性能测试,研究了二氧化锰包覆不同类型硫的性能,及不同比例的二氧化锰包覆升华硫对其性能的影响。测试结果表明, MnO2/S(s)和 MnO2/S(h)复合材料电极0.01C倍率下,首次放电比容量分别为1191.15 mAh·g-1和865.05 mAh·g-1,可以看出 MnO2/S(h)复合材料有更高的首次放电容量。后对比2.45%和7.58%的 MnO2包覆升华硫,发现2.45% MnO2/S(s)首次放电比容量比7.58%提高了39.1%,循环50次后容量保持率提高了2.06%,这说明2.45%的 MnO2在复合材料中是适量的,有效地提高了电池的放电比容量和循环稳定性。此外,纯 MnO2包覆硫颗粒造成了电极反应动力学较慢。 (2)为改善二氧化锰/硫复合材料的导电性能,在此基础上引入多壁碳纳米管,首先将碳纳米管与硫共熔复合,后在其表面包覆一层二氧化锰,制备了二氧化锰包覆的碳纳米管/硫(MnO2@MWCNT-S)复合材料。经过物理表征和电化学性能测试,探讨了二氧化锰及不同比例的二氧化锰包覆对复合材料性能的影响。经电化学测试,5%MnO2@MWCNT-S复合材料在0.1 C倍率下,首次充放电比容量达到1148.98 mAh·g-1,循环100次后,容量依然保持在560.04 mAh·g-1。相比 MWCNT-S和10% MnO2@MWCNT-S复合材料首次放电容量分别提高了29.07%和23.7%。这说明5%的 MnO2包覆是合适的,并显著地提高了电池的电化学性能。