【摘 要】
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锂硫(Li/S)电池因其较高的能量密度(理论值2600W·h/kg)和持久寿命,有望在电动汽车、便携式电子设备等领域得到广泛使用,近年来备受研究者的重视。本文首先采用固态熔融方法制备
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锂硫(Li/S)电池因其较高的能量密度(理论值2600W·h/kg)和持久寿命,有望在电动汽车、便携式电子设备等领域得到广泛使用,近年来备受研究者的重视。本文首先采用固态熔融方法制备了不同质量比的气相二氧化硅/硫复合正极材料,并研究了其结构与电化学性能;然后对一定质量比的复合材料进行聚乙二醇4000(PEG)包覆和碳纳米管(CNTs)掺杂,以提升其放电电压、可逆性和循环性能等。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析仪(TG)等对复合材料的结构和热稳定性进行表征、分析,利用电化学工作站和LAND电池测试系统对电池循环伏安曲线(CV)、电化学阻抗(EIS)、循环性能和倍率性能等电化学性能进行测试,深入探究了电池的CV、EIS、循环性能和倍率性能等电化学性能。具体研究内容如下:1.采用气相二氧化硅(GPSiO2)作为硫载体,通过固态熔融的方法制备了不同质量比的气相二氧化硅和升华硫复合材料(GPSiO2/S)作为正极。研究发现,制备的复合材料均为冰裹状结构,电极循环后其表面呈现珊瑚礁状。电化学性能测试发现,质量比为3:7的GPSiO2/S复合材料为最佳配比,其首次放电比容量达到1610mA·h/g,硫利用率达到96%,经过50圈后,其比容量保持在814mA·h/g,其原因可能是该复合材料拥有相对较低的阻抗。2.将质量比3:7的GPSiO2/S复合材料用聚乙二醇4000(PEG)进行包覆,制成PEG包覆的气相二氧化硅/硫复合材料作为Li/S电池的复合材料(GPSiO2/S@PEG)。研究结果显示,PEG包覆后的复合材料是核壳结构,包覆后首次放电比容量下降明显,但其可逆性以及放电电压得到提升。100圈循环后,经过PEG包覆后比容量提升16%。其首次放电比容量下降的原因是作为“壳”的PEG阻碍了复合材料的电子传输,使之电荷阻抗和离子转移阻抗较大。3.在最佳配比的GPSiO2/S中添加碳纳米管(CNTs),制备出不同质量比的气相二氧化硅、碳纳米管和升华硫复合材料(GPSiO2-CNTs/S)。研究发现,掺入CNTs后,复合材料形成三维空间网络结构。质量比为3:1:7的GPSiO2-CNTs/S正极的可逆性和循环性能显著得到改善,但其首次放电比容量略有降低。100圈循环后,该复合材料的比容量比未掺时提高了27%。其原因是空间结构增加了复合材料的电子传输性能,提高Li/S电池的电化学性能。
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