【摘 要】
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锂硫电池作为极具潜力的下一代二次电池受到广泛关注。然而,对于含硫正极的研究仍处于实验探索阶段。诸多问题仍限制其商业化发展和实际应用,如单质硫(Sulfur,S_8)和放电产物(Li_2S_2和Li_2S)的低电导率,反应中间产物可溶性多硫化物(LiPS)的穿梭效应,负极锂支晶引发的安全问题,以及充放电过程中的体积膨胀等。针对上述锂硫电池的技术问题,本论文研究的主要内容是碳/硫复合正极的研究,包括碳
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锂硫电池作为极具潜力的下一代二次电池受到广泛关注。然而,对于含硫正极的研究仍处于实验探索阶段。诸多问题仍限制其商业化发展和实际应用,如单质硫(Sulfur,S8)和放电产物(Li2S2和Li2S)的低电导率,反应中间产物可溶性多硫化物(LiPS)的穿梭效应,负极锂支晶引发的安全问题,以及充放电过程中的体积膨胀等。针对上述锂硫电池的技术问题,本论文研究的主要内容是碳/硫复合正极的研究,包括碳纤维支撑柔性碳硫复合电极和CeO2修饰多孔碳的制备以及其在锂硫电池中的应用。主要结果如下:1.实验使用具有多孔隙三维网络结构的碳纤维毡,与具有微孔结构的多孔碳共同构成正极支撑体,能够物理固定正极材料,有助于提高电池的能量密度和锂硫正极的导电性,界面电阻由原来的97.9Ω降到22.6Ω。进一步研究表明,碳纤维毡做集流体的样品在首圈0.05 C倍率下,具有996.7 mAh/g的放电比容量,在2 C高倍率下循环140圈后仍保持666.7 mAh/g的放电比容量,而铝箔样品仅为772.9和471.6 mAh/g。同时,本研究使用的LA132水系粘结剂、super-P导电剂价格低廉,球磨制备工艺可规模化生产、安全环保,可以为锂硫电池工业化生产和应用提供参考。2.为了进一步提升锂硫电池的电化学性能,实验使用极性金属氧化物CeO2修饰微孔碳,通过CeO2的化学吸附作用吸附硫化物和电催化作用促进氧化还原反应。结果表明,添加适量的CeO2(0.70-3.65 wt%)有利于提高循环性能,同时,CeO2添加量为1.84 wt%时,组装的电池在0.05 C下,初始放电比容量高达1434.1 mAh/g,在0.2 C下200次循环后放电容量保持在873.6 mAh/g,每圈的循环衰减率为0.077%,电池性能显著提升。
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