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1、锂硫电池正极的研究SeminarII报告内容研究背景高比能量电池的需求锂硫电池基本原理锂硫电池的优点及存在的问题锂硫电池正极的研究进展硫/碳材料复合电极硫/导电聚合物复合电极新结构体系中的正极材料锂硫电池及其正极的展望CO2排放污染物排放EV零排放续航能力有限高能电池的需求电池容量能量密度进一步提高现有的锂离子电池受正极材料的限制，电池的能量密度很难有大的突破，而锂硫电池以S为正极，理论能量密度可达2600Wh/kg。另外，电子产品的飞速发展，对高能电池的需求也日益增长，开发高比能量电池具有很好的应用前景锂硫电池的基本原理ChargeDischargeiiiiiiSt
2、epi:Stepii:Stepiii:Anode:Cathode:Yaminetal,J.PowerSources,9(1983)281-287Jietal,J.Mater.Chem.,2010,20,9821-9826锂硫电池的优势和挑战锂硫电池元素硫的导电性差环境友好电解液的稳定性正极采用硫成本低高比能量锂负极的枝晶问题Sx2-的穿梭循环容量衰减自放电严重活性物质利用率低2600Whkg-1Li-S电池容量衰减CathodecompositionS：C：binder=84:12:4theorycapacity：1404Dischargeandcharge:0.1C
3、(0.4mA/cm2)Cutoffvoltage:1.7V,2.5V1stcycle50thcycleUltilizationofS:1stcycle:50%(710mAh/g)50thcycle:16%(230mAh/g)SlosswasseenclearlyJ.Electrochem.Soc.,151(12)A2067-A2073(2004)锂硫电池复合正极材料硫碳复合材料硫-碳纳米管复合正极材料硫-介孔碳复合正极材料高孔率碳材料分级介孔碳材料硫-导电聚合物复合正极材料S/导电聚合物材料含S-C化学键的导电材料新结构体系的正极材料S/MWCNT复合正极材料各种材料
4、的SEM图NanoSMWCNTS/MWCNTSMWCNT采用浓HNO3处理增加表面官能团，提高硫与MWCNT的接触采用溶剂交换法制备纳米硫和MWCNT担载纳米硫纳米硫的粒径50-100nmS/MWCNT中硫的粒径40nm左右Chenetal,ElectrochimicaActa55(2010)8062–8066对MWCNT进行表面处理改善S与MWCNT的接触，进而提高复合材料中活性物质的利用率和提高导电性。S/MWCNT复合正极材料NanoS+ACS/MWCNT1270mAhg-11150mAhg-1900mAhg-11380mAhg-11330mAhg-11210m
5、Ahg-1电池首循环放电曲线a100mAg-1,b200mAg-1,c300mAg-1S/MWCNTNanoS+AC电池循环性能曲线a100mAg-1,b200mAg-1,c300mAg-1MWCNT担载硫复合材料为正极的电池初始性能和循环性能均优于纳米S和活性碳混合，而且显示更优的大电流放电性能。这是由于碳纳米管具有更好的导电结构，HNO3处理后的碳纳米管为硫提供更多吸附位，降低了多硫离子的溶解。高孔率碳-硫复合正极材料HPCHPC+57wt%SHPC+75wt%STEMofHPC1473.2m2/g24.4m2/g无明显变化多孔碳出现碎片TEMofHPCPAN与碳
6、酸钠750℃高温下得到高孔率碳HPCLaietal,J.Phys.Chem.C2009,113,4712–4716高孔率碳-硫复合正极材料复合材料具有很好的循环性能，静置3天后容量反而略有上升，自放电比较小。硫元素被包覆在高孔率碳的微孔内，大比表面积提供了足够的吸附位，限制了多硫离子的溶解和流失，循环性能优异分级介孔碳-硫复合正极材料软模板法制备介孔碳KOH活化得到分级介孔碳+SS/C复合材料中孔孔径：7.3nm微孔孔径：<2nmChengduLiangetal,Chem.Mater.21(2009)4724-4730通过KOH活化，在中孔骨架结构保持完整的情况下引入
7、微孔，得到一种双峰孔分布的分级孔结构大量的微孔使S可以很好的吸附在碳载体上，提高其循环性能，优良的介孔骨架结构为离子和电子传导提供很好的通道，有利于提高倍率放电性能和功率密度分级介孔碳-硫复合正极材料S-C01到S-C07，硫的担量分别为11.7,18.7,24.8,30.7,37.1,45.8,51.5wt%WVA-1500为活化的高比表面积微孔碳硫担量为11.7wt.%时，放电电流可以高达2.5Ag-1，非常有利于提高电池的功率密度硫担量为18.7时，复合材料的结构和元素分布图硫担量小于37.1wt.%时，绝大部分的S吸附在微孔中，介孔的孔容变化
