试析新型锂硫二次电池材料的制备和性能研究

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1、上海交通大学硕士学位论文新型锂硫二次电池材料的制备和性能研究姓名：李丹丹申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：杨军20080101新型锂硫二次电池材料的制备和性能研究摘要锂二次电池是具有广阔应用前景的新一代便携式电源，而硫基正极材料是锂电池正极材料中最有发展潜力的一种。本文研究了锂二次电池高能量密度硫基正极材料和一种能改善硫基材料的电化学性能的新型电解液。本实验首先通过将单质硫和导电聚合物或者高比表面积碳材料复合制备了一系列的含硫复合材料。结果表明，此类材料有效的克服了单质硫导电性差的缺点，很好的改善了硫作为锂电池正极材料的电化学性能。但是

2、此类材料的循环稳定性仍不甚理想，特别是以高比表面积碳材料为前驱体制备的复合材料活性材料的利用率较低，材料的实际比容量与理论比容量有较大差距。为此，本实验设计了两种解决方法并加以研究。一种方法是使用蔗糖对含硫复合材料进行少量的碳包覆，目的在于在材料的表面形成保护层，阻止循环过程中的活性材料流失。结果表明，该方法可有效改善硫化聚丙烯腈材料的循环性能。经过碳包覆的硫化聚丙烯腈材料虽然起始容量有所降低，但是50个循环后的容量已在未包覆材料之上。同时，实验中考察了蔗糖包覆量和热处理温度对包覆材料的电化学性能的影响。结果表明适中的包覆量和较低的I处理温度有

3、益于获得性能较好的包覆材料。另一种方法是，由于电解液通常对电极材料的性能会有较大的影响，本实验中进行了锂硫电池可用的新型电解液的探索。实验中采用三氟甲基磺酸酰胺锂和几种醚类有机溶剂配制了一种新型的电解液，考察了不同电解质盐和不同溶剂对电池电化学性能影响。结果表明，当电解液中的锂盐为三氟甲基磺酸酰胺锂，溶剂为乙二醇二甲醚，二乙二醇二甲醚和1,3－二氧戊环的混合物的时候，含硫材料表现出良好的充放电性能。不仅电池的容量很高，而且电池的循环性能非常好，这表明了此类新型电解液可以有效的提高锂硫电池活性物质的利用率，抑制循环过程中的活性材料流失现象，改善电

4、池的电化学性能。关键词：单质硫复合材料电解液锂硫电池IISTUDYONTHEMATERIALSUSEDINLITHIUM/SULFURSECONDARYBATTERIESABSTRACTSulfur-basedcathodematerialisoneofthemostpromisingelectrodematerialsforthenextgenerationofhigh-performancesecondarylithiumbatterywhich,initself,isakindofportableenergysourceswithwide

5、applicationpotential.Inthisstudy,sulfurcompositematerialsweresynthesizedthroughheatingthemixtureofelementsulfurandconductivepolymerorcarbonwithahighspecificsurfacearea.Itisconcludedthatsuchkindofcompositematerialshaveagoodconductivityandcanimprovesulfur’selectrochemistryperf

6、ormancewell.However,thecycleperformanceofthesematerialswasnotasgoodasexpected.Tosolvethisproblem,twokindsofresearchmethodsweredesignedandinvestigated.Onehand,theformermaterialwascoatedbycanesugartomakeanewtypeofcarbon-coatedmaterial.Itisprovedthatthecoatedmaterialhasabetterc

7、yclestabilitywhilemaintainingacomparativelyhighdischargecapacity,anditscapacityhasexceededtheuncoatedoneafter50cycles.Meanwhile,theinfluencesofamountofcanesugarandheattreatmenttemperaturewereinvestigatedaswell.ItisconcludedthatIIIappropriateamountofcanesugarandrelativelylowh

8、eattemperaturearehelpfultoimprovetheperformanceofcoatedmaterial.Ontheotherh