高容量锂硫电池硫基复合电极材料的制备与性能研究

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锂硫电池具有高理论容量、高能量密度、原材料丰富且廉价并且对环境污染小等优点,因此锂硫电池受到了广泛的关注。但是硫电极的电子和离子电导率低,循环过程中硫电极体积的膨胀导致其从集流体上电极脱落,以及存在穿梭效应等缺点,从而制约了锂硫电池的发展。因此,必须选择合适的碳材料作为硫电极的基体材料,选用适当的电解液以克服上述锂硫电池的缺点。本文把导电聚并苯应用在锂硫电池中,电池的电导率明显提高,抑制了电池的体积膨胀,电池的电化学性能得到了大大的提高;另外探索了用不同的金属(铁、镁、铝、锌等)对氧化石墨烯还原,在室温下能够快速制备大量的石墨烯,并将石墨烯应用于锂硫电池中,提高了硫基电极材料的电导率,大大改善了锂硫电池的电化学性能。主要研究内容有以下几方面:  (1)不同质量比例碳/硫吸附材料的制备与性能研究。将相同质量的多孔碳与不同质量的硫混合均匀,在155℃加热下,使液态硫融入多孔碳材料的微孔中,得到一系列不同质量比例的碳/硫吸附材料。并用不同质量比例的吸附材料组装成扣式电池,进行电化学性能测试,结果表明:在碳/硫质量比例1:3的情况下,电池的首次放电容量能达到1335mAh/g。  (2)导电聚并苯包覆碳/硫吸附材料的制备以及在电池中的应用。首先采用悬浮聚合的方法制备酚醛树脂(PF)包覆吸附材料微球(C/S@PF),在650℃下高温裂解制备导电聚并苯包覆的碳/硫吸附材料微球(C/S@PAS),并组装成扣式电池,进行电化学性能测试,结果表明:电池的首次放电容量达1350mAh/g,循环30次后,仍保持650mAh/g的容量。  (3)石墨烯的制备以及在电池中的应用。首先利用Hummers法制备了氧化石墨(GO),超声制备出氧化石墨烯,并探索了用不同的金属(铁、镁、铝、锌等)对氧化石墨烯还原。测试结果表明,铝的还原效果最好,能在较短的时间内将氧化石墨烯彻底还原。然后将吸附材料加入到氧化石墨烯中,通过上述金属还原得到石墨烯(GN)包覆的碳硫吸附材料(C/S@GN)。并组装成扣式电池,经过电化学性能测试,结果表明:电池首次放电容量1370mAh/g,循环30次后,仍具有725mAh/g的容量。
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