锂硫电池正极材料制备及电化学性能研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong507
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单质硫因其突出的材料性能(价格低廉、密度较轻、环境友好以及高比容量),被认为是一种优良的锂-硫电池正极材料。然而,单质硫自身的绝缘性、多硫化物的溶解以及充放电过程中正极材料的膨胀收缩等限制了其在电极材料方面的应用。因此,选择优良的载体负载硫,制备高性能的电极材料已经成为锂-硫电池研究的重点。本论文主要以导电炭黑、介孔碳作为载体,制备锂-硫电池正极材料,研究正极材料的结构及其电化学性能。主要内容如下:  (1)采用水热法合成乙二胺掺杂的葡萄糖前驱体,利用KOH扩孔,高温碳化,制备介孔碳材料。通过 BET、SEM等对材料的结构进行表征,材料的比表面积为880.437?m2/g,孔径主要分布在2?nm左右,SEM显示材料呈介孔型的碳框架结构。这种碳材料作为超级电容器电极材料,当电流密度为0.1?A/g时,比容量为292?F/g;电流密度为4?A/g时,比容量为185?F/g。研究表明,乙二胺的掺杂量对超级电容器电极材料比容量及循环稳定性有一定的影响。  (2)利用导电炭黑、升华硫,通过低温熔融法制备不同含硫量的电极材料。其中电极材料S-C3的电化学性能较突出,该材料的含硫量为49.15?wt%,首次放电容量为892?mAh/g,循环30次后容量保持率为89?%。与其他不同含硫量的电极材料相比,电极材料S-C3的硫含量即保证了电极材料含硫量充足,同时又降低充放电过程中多硫化物溶解,因此,具有较高的放电容量和循环稳定性。  (3)使用乙酰胺掺杂合成不同氮含量的介孔碳材料,介孔碳材料CN2的比表面积为770.471?m2/g,孔径主要分布在2.5?nm左右,且具有大量小中孔结构。利用低温熔融法制备硫-介孔碳电极材料CN2-S,材料比表面积下降为21.779?m2/g,说明硫颗粒进入了介孔碳材料的孔道内部,丰富的介孔可有效地防止多硫化物在充放电过程中的溶解,该材料首次放电容量为769?mAh/g。
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