锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究

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1、西南科技大学研究生学位论文锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究年级2014姓名郭建强申请学位级别硕士专业化学指导教师李晶副研究员ClassifiedIndex:0624U.D.C:540SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisPreparationandElectrochemicalPerformanceofLithium-sulfurCathodeMaterialsGrade:2014Candidate:Jianqi

2、angGuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:ChemistrySupervisor:AssociateResearcherJingLiApril10,2017独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

3、均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要单质硫是一种对环境无污染、并且储量丰富的无机非金属材料。锂硫电池中所采用的正极材料就是单质硫，其具有很高的能量密度（2600WhKg-1）

4、。因此，锂硫电池是目前非常具有应用前景的新型储能体系之一。但是，单质硫正极也存在很多不足之处：（1）室温下，单质硫不导电，是一种绝缘体；（2）单质硫在发生电化学反应时，会生成在电解液中溶解度特别高的多硫化物，产生“穿梭效应”；（3）在电池循环过程中，单质硫会发生较大的体积变化，导致电极结构破坏。这些因素会严重影响锂硫电池的电化学性能，从而阻碍锂硫电池的实用化。为此，导电性能优异、能抑制多硫化物溶解的复合正极材料的制备成为研究的关键点。本文正是围绕复合材料导电性能和抑制多硫化物溶解这两点，制备了新型的

5、硫基复合正极材料，以期达到提高锂硫电池电化学性能的目的。论文研究内容为三个部分：（1）气相生长碳纤维（VGCF）、多壁碳纳米管（MWCNT）和活性炭（AC）是三种不同形貌结构的碳材料，将三者作为单质硫的载体，分别与单质硫复合，制备硫/碳复合正极材料。研究碳材料形貌对硫/碳复合正极材料电化学性能的影响。测试结果表明：碳材料形态对复合正极材料的电化学性能存在明显的影响。所研究的三种碳材料中，S/VGCF复合材料的电化学性能最好。S/VGCF复合材料在0.1C进行充放电时，初次放电比容量高达1204mAh

6、g-1,通过100次充放电循环后，放电比容量为547mAhg-1。（2）在S/VGCF复合材料表面包覆二氧化硅保护层，制备S/VGCF@SiO2复合材料，研究氧化物二氧化硅保护层对复合正极材料性能的影响。测试结果表明：在S/VGCF@SiO2复合材料中，二氧西南科技大学硕士研究生学位论文第II页化硅保护层有助于抑制多硫化物的溶解扩散，气相生长碳纤维可以提高正极材料的导电性。因此，S/VGCF@SiO2与S/VGCF相比，具有更优的放电容量和循环特性。在0.5C进行充放电时，经过100次循环后，S/V

7、GCF@SiO-12复合材料的放电比容量为710mAhg,库伦效率一直保持在97%以上。（3）通过溶胶凝胶法合成介孔的二氧化钛球，然后通过高温处理将单质硫与其进行复合得到S/TiO2复合材料。在0.5C进行充放电测试时，S/TiO-12复合材料的初次放电比容量为909mAhg，通过100次循环后，放电比容量为705mAhg-1。复合材料电化学性能的提升归因于具有介孔结构的TiO2球，这种结构的TiO2球含有较多的孔隙，可以有效地吸附多硫化物和抑制多硫化物的溶解。同时，其较大的比表面积也为电化学反应提

8、供了足够的反应界面。关键词：锂硫电池；气相生长碳纤维；介孔二氧化钛球；多硫化物；硫正极西南科技大学硕士研究生学位论文第III页AbstractLithium-sulfur(Li-S)batteriesareoneofthemostpromisingrechargeableenergystoragesystems,duetonaturalabundance,nopollutionfortheenvironmentandhightheoreticalenergydensi