网络结构碳/硫复合材料的制备及其在锂硫电池中的电化学性能研究

发布时间：2021-08-17 11:43

　　单质硫作为锂硫电池正极材料时具有很高的理论比容量（1675mAh g-1）和理论比能量（2600Wh kg-1），被认为是下一代高能量密度二次电池的最佳选择之一。由于单质硫与硫化锂的电子绝缘特性以及其放电产物多硫化物溶解于液体电解液中引起的“穿梭效应”严重影响着锂硫电池的实际比容量和循环性能，因此本文通过将硫与导电碳进行复合，制备了多种碳/硫复合材料，并对其电化学性能以及放电机理进行了研究，同时对锂硫电池的制作工艺进行了优化分析；具体工作主要有以下几个方面:（1）具有网络结构的核壳式碳/硫复合材料的制备及电化学性能研究。采用廉价的商业化乙炔黑为导电基本骨架，通过在乙炔黑表面接枝具有锂离子传导能力的聚乙二醇链（polyethylene glycol, PEG），将硫原位沉积在接枝的乙炔黑表面，成功地合成了一种具有网络结构的高硫含量（82wt%S）的核壳式碳/硫复合材料（P-AB@S）。具有导离子电导的PEG链穿插在硫中，有利于改善复合材料的锂离子电导，并且可伸缩的PEG链有利于减少活性物质在充放电过程中体积膨胀对材料结构的破坏，因此，该复合材料在保持高硫含量的同时，仍能保持良好的循环性能... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

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铿一硫电池放电反应机理[}zy

北京理工大学博士学位论文们将多硫离子的迁移扩散路径总结为如图 1.3 所示，首先，放电时子而溶解进入电解液，溶解在电解液中的多硫离子部分会脱离正极迁移扩散到本体电解液中（图 1.3 中 A 箭头所示），在充放电时部化或者还原沉积在正负极材料的外表面导致活性硫损失（正负极区外在充电时，当长链多硫锂离子扩散进入到负极区后会被还原成分短链多硫离子重新迁移回正极区再次被氧化为长链多硫离子而B 箭头所示）；另一部分在金属锂负极区表面被过度还原为溶解度的 Li2S 而沉积在金属锂表面（负极区箭头 C 所示）。上述这些过程过程中不断的发生，从而使得正极上的活性硫在循环中不断损失，量不断衰减。

北京理工大学博士学位论文 444．6℃，但硫在不同温度下其结构会发生很大变化，图 1度下液态硫与蒸汽硫分子的存在状态以及不同温度下硫的各，发现仅硫在不同温度下的组分就非常的复杂。发现在 400℃，S3，S4）存在（如图 1.4），158℃时液态硫的粘度最低如表 1.1始大量的转换为 Sμ，Sμ是分子量为 60 000 – 150 000 的聚硫分的粘度就会骤然上升。在 500～800℃时硫才以小分子硫的形，1000 ℃时硫基本都是以 S2的形式存在，但硫在 150 ℃以上成含有碳/硫键的硫化的碳[24]。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]高性能锂硫电池材料研究进展[J]. 梁宵,温兆银,刘宇.  化学进展. 2011(Z1)
[4]高比能锂硫电池关键材料的研究[J]. 王维坤,余仲宝,苑克国,王安邦,杨裕生.  化学进展. 2011(Z1)
[5]锂硫电池关键材料研究进展与展望[J]. 董全峰,王翀,郑明森.  化学进展. 2011(Z1)
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本文编号：3347700