锂硫电池用硫—多孔炭正极材料的制备及电化学性能研究

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2、数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：舅交弦导师签名：醚呶签字日期：切Ⅳ年暑月斗同签字日期必7q年乡月‘FI学位论文的主要仓IJ新点＼删燃一、直接采用商业化的多孔导电炭黑与硫进行融熔复合，孔隙发达的高比表面积(1279m29。1)炭黑BP2000材料，为单质硫提供了良好的分散空间，并提供较强的吸附能力抑制活性物质的溶解流失；复合电极具有良好的导电网络，表现

3、出高达1274mAhg‘1的放电比容量、良好的倍率性能和循环性能。二、首次将含镁无机盐(提供MgO模板)热解原位生成的中孔炭材料应用在锂硫电池中。此类模板炭制备工艺简易，不用任何添加剂，简单节能，对锂硫电池的发展起到了积极的作用，同时制备出的介孔炭(6．5nm)具有较高的比表面积(1432m29。1)，大的孔容(2．894cm39。1)。此种结构为活性物质硫提供了足够容纳空间，提升了电极的载硫能力，同时介孔的强吸附性能减少聚硫离子溶出，提高锂硫电池的电化学稳定性。三、系统的考察了微壁可调介孔炭材料的

4、制备过程，实现了对介孔炭孔结构和微晶结构的调控。调节比表面积在168m29。1至1501m29。1之间，孔容可在0．6cm39。至3．1cm39。1之间，同时调控孔壁微晶结构及导电性能等，为制备锂硫电池用硫炭复合材料打下基础。同时初步探索将以上材料应用在锂硫电池中，并取得了较好的电化学性能：首次放电比容量分别能达到为1524mAhg～、1415mAhg～，接近理论比容量。摘要单质硫的理论比容量高，是高能锂二次电池中有应用潜力的新一代正极材料。但由于其电子和离子的绝缘性以及溶剂可溶性，锂／硫电池的活性

5、物质利用率低，容量衰减快，单质硫与炭材料复合是解决导电性差与硫溶出的有效途径。本论文设计并制备了商品炭材料一硫、介孔炭材料．硫、不同微壁结构炭材料-硫三类复合材料，借助X．射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对样品的晶体结构、形貌和微结构进行表征，通过恒电流充放电、循环伏安、电化学交流阻抗等电化学测试研究了复合材料的电化学性能。采用富含微孔的导电炭黑BP2000和无孔导电炭黑VXC72作为导电载体材料，分别与单质硫进行复合制备硫．导电炭黑复合材料。结果表明：硫与导电炭黑复合后，具有高比表面积微孔结构的炭黑

6、BP2000因其高吸附性可限制聚硫离子的溶解和扩散，表现出较高的比容量和较好的大电流充放电能力。在100mAg_充放电时，首周放电比容量达1274mAhg～，经过120次循环后充放电效率保持在99．1％。多孔炭材料的应用使得锂硫电极性能较之普通硫电极其电化学性能得到显著改善。采用一步模板炭化法制备了一种大比表面积、大孔容的介孔炭，考察此种价廉、易得的介孔炭材料与硫熔融复合后的电化学性能；并制备并探讨了不同硫炭比复合条件下，实现最优电化学性能的最优硫炭比。结果显示：此介孔炭比表面积达1432m29～，

7、孔容达2．894cm3‘。g1，最优硫炭比(C／S=1：2)的样品，在200mAg。1电流密度时首次放电容量达到1083mAhg一。MgO模板法制备的多孔炭由于具有优异的吸附性能、电化学性能和价格低廉等优点有望成为锂硫电池用炭材料。在保持相近的大比表面积、大孔容的前提下，通过程序升温法调控了孔壁微结构，并与单质硫复合后制备了硫．多孔炭复合材料，初步探讨了孔壁微结构对硫炭复合电极材料的结构与电化学性能的影响。结果表明：多孔炭孔壁石墨化程度的提高(1300℃MC及1600℃MC)有利于增加复合材料的电子

8、导电性，从而提高了复合电极的电化学活性，表现出良好的电化学性能；两个样品的首周放电比容量分别能达到为1524mAhg～、1415mAhg～，己接近理论比容量。关键字：锂硫电池介孔炭炭／硫复合材料单质硫ABSTRACTElementalsulfurhasbeenproposedaspromisingcathodematerialsforthenextgenerationofhigh．performancerechargeablelithiumbatteriesdueto