锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究

【摘要】硫作为新型锂离子电池的正极材料,具有很高的理论容量,并且资源丰富,价格低廉,对环境几乎无污染,因此极具发展潜力和应用前景。但是单质硫几乎不导电,并且在循环过程中形成的多硫化物极易溶于电解液,造成活性物质损失,循环性能下降,这些缺点严重限制了锂硫电池的商业化生产。本文通过静电纺丝的方法,以PAN溶液为外液,PMMA为内液,经过碳化处理制备了多孔中空的碳纤维,并进一步研究了碳化温度对材料结构的影响。本文也采用了新的研究方法,即从硫放电的终产物Li2S入手,用LiH和S作为前驱体,通过球磨的方法制备了Li2S,并通过PVDF包碳法对材料进行改性。本文采用了X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜、热重分析、比表面积分析、拉曼光谱分析等多种现代化测试分析手段以及恒电流充放电、循环伏安法、阻抗等电化学测试技术,系统研究了材料的制备方法以及工艺参数对材料结构和性能的影响。研究结果表明,在以8wt.%的PAN溶液作为外液,16wt.%PMMA作为内液的时,经过碳化处理,能制得较为规整的多孔中空碳纤维。将此碳纤维和硫充分混合加热作为正极材料,由于这种多孔中空碳纤维具有多孔结构吸附硫,不仅能缓解活性物质的溶解,并且能作为电极材料的导电网络,提高锂离子的传递速率,改善材料的电化学性能。随着碳化温度的升高,碳纤维的石墨化程度更高,导电性能更好；但是比表面积有所下降,对多硫化物的吸附作用减弱,所以电极材料的初始容量较高,但是容量衰减较快。并且实验证明在含硫60wt.%时,电极材料具有相对较高的容量和较好的循环稳定性。LiH和S通过球磨法可制备Li2S,PVDF对其进行碳包覆之后能显著改善其电化学性能。
【作者】吴元和；
【导师】高明霞；潘洪革；
【作者基本信息】浙江大学，材料学，2014，硕士
【关键词】硫；硫化锂；碳包覆；同轴静电纺丝；纳米碳纤维；正极材料；锂离子电池；

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