Li-S电池硫基正极材料的制备、表征和性能研究

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与传统锂离子电池相比,锂硫二次电池具有能量密度高、资源丰富、成本低、绿色环保等优点,从而引起了人们广泛的关注。但单质硫的导电性较差,其放电产物易溶于有机电解液,导致锂硫二次电池存在活性物质利用率较低及循环稳定性较差等问题,从而制约了锂硫电池的进一步发展和应用。本文设计并合成了几种新型的锂硫电池用硫基正极材料,并采用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试手段对复合材料进行了结构和形貌表征,利用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗等技术测试了目标材料的电化学性能,研究了材料组成、合成条件等对材料电化学性能的影响,主要内容包括:  利用还原石墨烯(rGO)对凹凸棒进行表面包覆改性,并将其与硫复合合成了ATP@rGO/S复合材料。研究发现ATP@rGO/S复合材料中单质硫分布均匀,当石墨烯含量为2%时复合材料具有最佳电化学性能,在0.2C倍率下首次放电比容量为873.6 mAh/g,100次循环后放电比容量仍保持388.9 mAh/g,而单质硫在0.2C倍率下首次放电比容量仅为380.9 mAh/g,100次循环后放电比容量仅有133.5mAh/g。  分别利用氧化石墨烯(GO)和还原石墨烯对蚕丝纤维表面进行包覆,经高温碳化和KOH活化制备了活性碳@石墨烯(AC@GNs)复合纤维材料。采用固相法合成了AC@GNs/S复合材料,并用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对材料进行进一步修饰和优化性能。考察了不同硫含量、石墨烯及PVP包覆量对材料储能性能的影响。研究表明,当S含量为50%时材料具有最佳电化学性能,0.2 C首次放电容量高达1030.2 mAh/g,100次循环后放电容量仍保持558.9 mAh/g;当PVP添加量为20%时,复合材料100次循环后放电比容量由包覆前349.5 mAh/g提高到573.8 mAh/g。
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