硫基復合材料的常溫碳化制備及性能研究.pdf

1、單質硫作為一種輕質、多電子反應正極活性材料，其理論比容量為1675 mAh/g；以金屬鋰為負極，單質硫為正極所組成的鋰硫電池的理論能量密度高達2500 Wh/Kg。此外，單質硫還具有資源豐富、成本廉價、安全性好和無環(huán)境污染等優(yōu)點。因此，鋰硫電池被視為下一代及其具有應用潛力的高比能二次電池體系。但是由于硫活性物質本身的電子和離子絕緣特性，以及硫電極在放電過程中形成的中間產物多硫化鋰易溶解在有機電解液中，且放電最終產物硫化鋰也是電子的不良導

2、體等眾多因素，導致鋰硫循環(huán)壽命差；并且硫的活性物質利用率和倍率性能偏低，因而嚴重制約了鋰硫電池的實用化進程。在本論文中，為了克服上述問題，利用原位濃硫酸碳化有機物法對硫進行包覆。碳的引入增強了正極材料的導電性，防止活性物質的流失，增加了正極材料循環(huán)穩(wěn)定性，有效改善了活性物質利用率。研究發(fā)現：
　?。?）采用原位合成法通過濃硫酸對有機物碳化，使硫的周圍生成一層碳殼，結果表明，碳對硫的親和力很差，而且當水浴溫度達到50℃以上時，反應很

3、難控制，極易造成硫的損失。
　?。?）為了進一步提高碳對硫的親附性，本文又利用氧化石墨烯作為中間載體，由于其表面有豐富的官能團，極易對硫形成包覆；為了增加正極材料的導電性，引入了石墨烯量子點，最后通過原位常溫濃硫酸碳化的方法制備出具有雙層殼的核殼結構S/GO/C。研究結果表明復合材料的硫含量為77％，形貌為球狀，直徑大約在1-4μm。在1 C充放電倍率下，該復合材料首周放電容量達1200 mAh/g，循環(huán)50周基本達到穩(wěn)定，保持在

4、400 mAh/g，由于碳、石墨烯量子點與氧化石墨烯的協(xié)同作用，顯著提高了復合電極的電化學性能，同時電極體系的電子導電性得到了增強，且電極反應的穿梭效應得到了有效的抑制，從而是電極表現出較好的循環(huán)穩(wěn)定性，良好的倍率性能和較高的活性物質利率。
　　（3）采用物理法和化學法配制硫分散溶液。研究結果表明硫在聚乙二醇的水溶液分散性最好。
　　本論文從廉價的硫和蔗糖著手，為今后設計新型硫基復合材料和開發(fā)廉價實用的高比能鋰硫電池提供了有