硫—碳復合材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、單質硫作為鋰硫二次電池正極材料具有單位質量輕、比容量高、價格低廉和環境友好等優勢，在近幾年得到了廣泛關注。但是，單質硫自身的絕緣性和易溶于有機電解液等特點也限制了其作為電極材料的應用。本論文采用導電碳黑和多孔碳兩類碳材料作為載體與單質硫進行復合，研究復合材料的結構特性和在不同電解液體系下的電化學性質，以期改善硫電極的電化學性能。
　　 首先，采用簡單熱處理法制備了一系列不同硫負載量的硫-導電碳黑復合材料，通過BET、XRD和SE

2、M等測試手段對樣品的結構和形貌等進行分析，并研究了復合材料在酯類電解液LiPF6(PC/EC/DEC)和醚類電解液LiN(CF3SO2)2(DOL/DME)兩種體系的電化學性能。其中，含硫量52 wt％的樣品在兩種電解液體系下均表現出較好的循環特性，在160 mA/g下循環50周，樣品的放電比容量均保持在500 mAh/g左右。研究顯示，酯類電解液具有抑制硫和多硫化物溶解的效果，樣品在該體系下循環穩定性較好，但酯類電解液對于材料的制備要

3、求較高。醚類電解液對于硫的溶解有促進作用，對于材料的制備要求較低，但循環穩定性相對較差。
　　 為進一步研究碳材料結構對硫電極性能的影響，本論文以葡萄糖溶液作為碳源，經過水熱和擴孔碳化兩步反應，制備了一系列具有不同結構的多孔碳材料。其中，擴孔劑KOH與前驅物質量比為3:1時制備的多孔碳材料具有蜂窩狀孔道結構，微孔孔容達到總孔體積的85％。制備的硫負載量為42 wt％的硫-蜂窩狀多孔碳材料在160 mA/g下循環50周材料的放電比

4、容量可保持在870mAh/g；在1600 mA/g的大電流密度下，放電比容量可保持在570 mAh/g，并當電流密度回落至400 mA/g后，材料的放電比容量可恢復至690 mAh/g。該蜂窩結構多孔碳材料由于其豐富的微孔和發達的介孔可有效地防止鋰的多硫化物在充放電過程中的溶解現象，從而改善硫電極循環性能和高倍率性能。
　　 總之，本論文研究了在兩種電解液體系下硫碳復合材料的電化學性能，分析了其不同的電化學反應機制。制備了具有多