无粘结剂三维石墨烯硫正极的电化学性能研究

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1、第２２卷第３期材料科学与工艺Ｖｏｌ?２２Ｎｏ?３２０１４年６月ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ．２０１４无粘结剂三维石墨烯⁃硫正极的电化学性能研究卢松涛，王志达，陈艳，吴晓宏（哈尔滨工业大学化学系，哈尔滨１５０００１）摘要：为提高电极中硫的负载量，采用水热法和热处理法制备了锂硫电池用无粘结剂三维石墨烯－硫正极材料，用比表面积测试仪、电子扫描电镜、电化学工作站以及电池测试系统对电极的比表面积、微观表面形貌和电化学性能进行了表征．结果表明：所制备的无粘结剂三维石墨烯－硫电极

2、的最高放电比容量为５１７．３ｍＡｈ／ｇ，５０次循环后，放电比容量仍能保持在４４８．９ｍＡｈ／ｇ，表现出较高的比容量和良好的循环性能．关键词：锂硫电池；三维石墨烯；无粘结剂；正极材料；电化学性能中图分类号：Ｏ６９；ＴＭ９１２．９文献标志码：Ａ文章编号：１００５－０２９９（２０１４）０３－０００７－０４Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｎｄｅｒ⁃ｆｒｅｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｕｌｆｕｒｃａｔｈｏｄｅｓＬＵＳｏｎｇｔａｏ，ＷＡＮＧＺｈｉｄａ，ＣＨＥ

3、ＮＹａｎ，ＷＵＸｉａｏｈｏｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｍａｓｓｌｏａｄｉｎｇｏｆｓｕｌｆｕｒ，ｂｉｎｄｅｒ⁃ｆｒｅｅ３Ｄｇｒａｐｈｅｎｅ⁃ｓｕｌｆｕｒ（３Ｄ－ＧＳ）ｃａｔｈｏｄｅｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ⁃ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｕｓｉｎｇｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌａｎｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏ

4、ｄｓ．Ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎａｌｙｚｅｒ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎａｎｄｂａｔｔｅｒｙｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅａｓ⁃ｐｒｅｐａｒｅｄｂｉｎｄｅｒ⁃ｆｒｅｅ３Ｄ－ＧＳｃａｔｈｏｄｅｃｏｕｌ

5、ｄｄｅｌｉｖｅｒａｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙｏｆ５１７．３ｍＡｈ／ｇ，ａｎｄｃａｎｍａｉｎｔａｉｎ４４８．９ｍＡｈ／ｇａｆｔｅｒ５０ｃｈａｒｇｅ⁃ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｙｃｌｅｓ，ｓｈｏｗｉｎｇｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｗｅｌｌｃｙｃｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍ⁃ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ；３Ｄｇｒａｐｈｅｎｅ；ｂｉｎｄｅｒ⁃ｆｒｅｅ；ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ自１９９０年日本

6、索尼（ＳＯＮＹ）公司正式推出性、成本、比能量，循环寿命提出了更高的需求．由商品化锂二次电池以来，快速提高的锂离子电池于受到其正极材料自身理论储锂容量（如钴酸锂质量和产量大大拓宽了其应用领域．目前，小到便为２７４ｍＡｈ／ｇ，磷酸铁锂为１７６ｍＡｈ／ｇ）的限制，［１－６］携式电子产品，大到电动汽车和航天飞行器，再到锂离子电池的能量密度难有大幅度的提升．为电网运输，锂二次电池逐渐取代传统的铅蓄、镍铬此，人们将目光转向新的锂二次电池体系，以期获以及镍氢等二次电池，在当今社会、经济及科技的得更高的能量密度．

7、发展上发挥着巨大的作用，具有十分光明的应用锂硫电池作为一种新型的极具发展前景的高前景．尽管目前采用过渡金属氧化物正极和碳材容量储能体系，理论比能量可达２６００Ｗｈ／ｋｇ，此料负极的商业化锂二次电池的能量密度已达到外，硫还具有资源丰富、成本低廉（＄１５０每吨）、１５０～２００Ｗｈ／ｋｇ，但锂二次电池需求量的逐年攀环境友好等优点，因此，锂硫电池被公认为下一代升，应用领域的不断拓展，对锂二次电池的安全储能电池．尽管锂硫电池具有如此多优点，但受其较差的循环寿命制约，锂硫电池仍未能得到实际收稿日期：２０１４

8、－０４－２１．应用．这主要是由于活性物质硫以及放电产物基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７８１０１；５１１７３０３３）；哈尔滨工业大学基础研究杰出人才＂跃升＂培育计划Ｌｉ２Ｓ２和Ｌｉ２Ｓ的导电性差，充放电中间产物多硫资助项目（ＨＩＴ．ＢＲＥＴＩＩＩ．２０１２２４，２０１３１２）．化锂在电解液中的溶解和迁移以及电极的体积变作者简介：卢松涛（１９８６－），男，博士生；化，这些缺点将导致锂硫电池的比能量低、循环寿吴晓宏（１９７７－），女，教授，博士生导师．［７－１５］通信作者：吴