锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能.pdf

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1、万方数据PreparationandelectrochemicalpropertiesofcathodematerialsforlithiumsulfurbatteryThisthesissubmittedtoZhejiangNormalUniversityforthedegreeofMasterofSciencebyZiminDongSupervisedbyProf．GaohuiDUZhejiangKeyLaboratoryforReactiveChemistryqnSond。Surfaces,Institut

2、eofPhysicalChemistry,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua,ChinaMay2014万方数据锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能摘要人类文明的快速发展引起的能源枯竭与环境污染问题已经越来越凸显。为了寻找污染小、可再生的新能源来替代传统污染严重且不可再生的石化能源，人们进行了各种尝试。其中，锂离子电池具有高电压，高容量，能量密度高，环境友好，无记忆效应，循环寿命长等优点是一种很有前途的新能源。锂硫电池作为一种特殊的二次锂电池，由于其正极材料：单质硫，在自然界的含量丰富，

3、环保无污染并且具有更高的理论比容量和能量密度而受到了广泛关注。本文从锂硫电池正极材料改性角度出发，针对锂硫电池研究过程中存在的一些问题，采用了不同方法制备了纳米硫@石墨烯、硫@聚吡咯空心球复合物、硫@活性炭／聚吡咯三种复合材料。并且对这三种复合材料进行了电池性能的测试：1．纳米硫@石墨烯复合材料的制备以及其在锂硫电池上的应用：以鳞片石墨、五氧化二磷、过硫酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、双氧水为原料，通过hummers氧化法制备了高质量的氧化石墨烯。而后，在十二烷基磺酸钠为表面活性剂的条件下，以氧化石墨、纳米硫为原料，利用

4、水热法制备了纳米硫@石墨烯复合材料。利用XRD、TG、SEM、TEM和XPS等测试手段对材料进行物相、成分、形貌和结构分析，并且组装了锂硫电池，使用电池测试系统和CHI电化学工作站对所制备的材料进行了电化学性能的测试。与直接将石墨烯和纳米硫粉末热复合的材料：石墨烯一硫复合材料，进行了电化学性能的对比。从材料键合情况出发初步探讨了两种材料电化学性能表现存在差异的原因。实验结果表明：通过水热法制各的纳米硫@石墨烯复合材料电化学性能优于硫／石墨烯混合材料。同样在0．2C电流密度下充放电，前者在循环100圈后，放电容量保

5、持在了720mAh／g左右，而后者只有300mAh／g。2．硫@聚吡咯空心球复合物的制备以及其在锂硫电池上的应用：本章材料的制备采用了模板法：以二氧化硅微球为模板、吡咯单体为原料、以氯化铁为氧化剂制备了聚吡咯空心微球。通过热复合的方法，将聚吡咯空心微球和单质硫混合起来，制备了硫@聚吡咯空心微球复合材料。利用XRD、TG、万方数据SEM和TEM等测试方法对材料进行物相、成分、形貌和结构分析，并且组装了锂硫电池，使用电池测试系统和CHI电化学工作站对材料进行了电化学性能的测试。文章分析了聚吡咯空心微球对活性材料的改性

6、作用，初步探讨了正极材料的硫含量对锂硫电池性能的影响。实验结果表明：聚吡咯的空心微球结构确实使电池性能得到了一定的改善。48％硫含量的电池在0．5C电流密度下测试，循环100圈之后比容量保持在了620mAh／g左右。3．硫@活性炭／聚吡咯复合物的制备及其在锂硫电池上的应用：使用活性炭、吡咯、氯化铁、盐酸、硫代硫酸钠为原料，通过超声法制备了硫@活性炭／聚吡咯复合材料。利用XRD、TG、SEM和XPS等测试方法对材料进行物相、成分、形貌和结构分析，并且组装了锂硫电池，使用电池测试系统对材料进行了电化学性能的测试。结果

7、表明，活性炭与导电性良好的聚吡咯使电池正极材料的性能得到了大大的提高，在0．5C电流密度下充放电，循环100圈后放电比容量保持在1000mAh／g左右。关键词：锂硫电池；单质硫；复合材料；电化学性能；石墨烯；聚吡咯；活性炭；溶剂热法；模板法II万方数据PreparationandelectrochemicalpropertiesofcathodematerialsforlithiumsulfurbatteryABSTRACTEnergyandenvironmentalproblemscausedbytherapi

8、ddevelopmentofindustrialcivilizationhasattractedmoreandmoreattentionfromallcountriesandregionsoftheworld．Thedemandofenergyismoreandmoreurgently．Inordertofindthealternativeenergyofoilandco