论文部分内容阅读
锂硫电池由单质硫（具有高理论比容量1675mAh/g）作正极，金属锂作负极，它具有理论比能量高（2600Wh/kg）、价格低廉、储量丰富、环境友好多种优点。但是硫电极的中间产物多硫化锂在有机电解液体系中易溶解引起“穿梭效应”，硫电极随着充放电过程发生膨胀或收缩使得结构不稳定，这些问题导致活性物质损失，循环性能变差，电极容量利用率低等，制约了锂硫电池的实用化。针对以上问题，考察了聚氧化乙烯、聚四氟乙烯和明胶作粘结剂对锂硫电池电化学性能的影响。聚氧化乙烯作粘结剂的电极其电化学性能比明胶和聚四氟乙烯作粘结剂的电极差，因为聚氧化乙烯在有机电解液中溶胀，使正极结构被破坏。其次明胶比聚四氟乙烯电极的循环性能好，因为明胶分子中含有极性基团-COOH和-NH2，具有更好的粘结性和分散性。在0.2C充放电，明胶电极循环50次后比容量稳定在788mAh/g。分别使用分子量为1×105、1×106、9.5×106的PEO作粘结剂，在0.5C充放电倍率下测试循环性能，由于低分子量的PEO有利于锂离子扩散，高分子量的PEO表现出更高的粘结性能，在两个条件共同作用下，PEO作粘结剂的循环性能随随分子量和含量的变化而变化。用物理方法制备了聚氧化乙烯（PEO）包覆的硫/碳复合材料。与未包覆的硫/碳(含硫量81wt%)复合材料相比，PEO聚合物均匀包覆硫/碳复合材料表面，材料表面更加均匀光滑，单质硫不再曝露在材料表面。同时，S/C/PEO材料中单质硫和碳之间的接触性得到有效改善，，形成了良好的导电网络。PEO膜作为柔性包覆层能有效适应硫电极在循环过程中的体积变化并阻碍聚硫离子扩散到电解液中，从而使硫电极稳定性提高、抑制穿梭作用，提高活性物质利用率。PEO包覆的硫/碳复合材料比未包覆的硫/碳复合材料具有更高的放电比容量和更稳定的循环性能， S/C/PEO复合材料在1C放电倍率下的首次放电比容量是989.6mAh/g，循环110次后保持648.3mAh/g，容量保持率为65.5%。在第五圈后其充放电库伦效率维持在98%左右。本文还制备了PEO基固态电解质膜和添加PEO的电解液，考察了PEO添加剂对电解液循环性能的影响。