鋰硫電池以單質(zhì)硫作為正極材料,在理論容量和能量密度方面具有很大的優(yōu)勢(shì),而且單質(zhì)硫還具有儲(chǔ)量豐富、成本低廉、環(huán)境友好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),所以被認(rèn)為是下一代極具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而,鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問(wèn)題,單質(zhì)硫和硫化鋰是電子/離子絕緣體,硫正極在放電過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹,多硫化物易溶于電解液引起穿梭效應(yīng),通過(guò)改善硫正極的導(dǎo)電性和抑制多硫化物的溶解可以提高鋰硫電池的電化學(xué)性能。本文主要通過(guò)對(duì)硫/碳黑復(fù)合材料進(jìn)行高導(dǎo)電碳纖維嵌入、導(dǎo)電聚合物包覆和金屬化合物添加改性,以及利用具有特殊結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)碳與單質(zhì)硫復(fù)合制備高性能鋰硫電池復(fù)合正極材料,具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:（1）采用溶劑分散和熔融滲硫制備橋連結(jié)構(gòu)S@CB/VGCF復(fù)合材料。S@CB/VGCF復(fù)合材料中硫/碳黑塊狀聚集物尺寸明顯減小,硫充分接觸電解液,利用率提高;高導(dǎo)電VGCF嵌入硫/碳黑團(tuán)簇,連接團(tuán)簇顆粒,構(gòu)建高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),提供電子快速傳輸通道。改性制備的橋連結(jié)構(gòu)S@CB/VGCF電極電化學(xué)性能得到明顯改善:0.2 C電流密度下首次放電容量達(dá)到1062 mAh g-1,200次循環(huán)后容量容量保持53.9%;1C電流密度下首次放... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１不同電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存體系和轉(zhuǎn)換裝置對(duì)比圖［２６］??

重新受到廣泛關(guān)注，相關(guān)工作得到迅速發(fā)展。??典型的鋰硫電池體系由單質(zhì)硫正極、金屬鋰負(fù)極、隔膜以及電解質(zhì)構(gòu)成，常??用的電解質(zhì)一般使用醚類電解液，具體結(jié)構(gòu)如圖１．３?ａ所示。這種結(jié)構(gòu)體系的鋰??硫電池首次電化學(xué)反應(yīng)為放電過(guò)程，鋰離子從負(fù)極遷移至正極，正極單質(zhì)硫還原??為Ｌｉ２Ｓ，電子通過(guò)外電路傳輸，產(chǎn)生電能。在后續(xù)的充電過(guò)程中，鋰離子在外加??電壓的作用下從正極到負(fù)極逆向遷移，正極Ｌｉ２Ｓ重新氧化為單質(zhì)硫，電能轉(zhuǎn)化??為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)［３７］。除此以外，另一種鋰硫電池結(jié)構(gòu)體系以Ｌｉ２Ｓ作為正極，??硅、錫、金屬氧化物等非鋰高容量材料作為負(fù)極［１１］。這種結(jié)構(gòu)體系的鋰硫電池充??放電機(jī)理和單質(zhì)疏體系類似。ＬｈＳ正極與單質(zhì)硫正極不同的是，硫首先需要放電??嵌鋰，Ｌｉ２Ｓ首先需要充電脫鋰，在此過(guò)程中Ｌｉ２Ｓ正極存在較高的活化電位，需??要高電壓對(duì)其進(jìn)行首次活化。在后續(xù)的充放電過(guò)程中，Ｌｉ２Ｓ正極和單質(zhì)硫正極的??反應(yīng)機(jī)理一致??３??

電池總反應(yīng)：Ｓ?＋?２Ｌｉ〇Ｌｉ２Ｓ?（１－３）??圖１．３?ｂ為典型的鋰硫電池充放電電壓曲線，放電過(guò)程有兩個(gè)明顯的放電平??臺(tái)，而充電過(guò)程只有一個(gè)明顯的充電平臺(tái)。在鋰硫電池充放電過(guò)程中，硫正極發(fā)??生多步驟多電子氧化還原反應(yīng)，同時(shí)伴隨著復(fù)雜的多硫化物相變過(guò)程，具體的電??化學(xué)反應(yīng)如１－４至１－８方程式所示［２７，４Ｇ］。??Ｓ８（ｓ）?＋?２ｅ－＾?Ｓｇ２＂?（１－４）??３Ｓ８２—＋２ｅ—ｅ４Ｓ６２＿?（１－５）??２Ｓ６２一＋?２ｅ－〇３Ｓ４２＿?（１－６）??Ｓ４２—?＋?４Ｌｉ＋?＋?２ｅ一?〇?２Ｌｉ２Ｓ２（ｓ）?（１－７）??Ｌｉ２Ｓ２（ｓ）?＋?２Ｌｉ＋?＋?２ｅ￣?＾?２Ｌｉ２Ｓ（ｓ）?（１－８）??單質(zhì)硫正極處于充電狀態(tài)，鋰硫電池首先發(fā)生放電反應(yīng)。根據(jù)多硫化物的還??原及相變反應(yīng)，電池的放電過(guò)程可以分為四個(gè)階段以及兩個(gè)放電平臺(tái)［３９，４１］。第??一階段為固－液兩相反應(yīng)，對(duì)應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)方程式１－４，固態(tài)硫還原為長(zhǎng)鏈Ｌｉ２Ｓ８，??溶于電解液，和放電曲線中Ｉ區(qū)間的放電平臺(tái)相對(duì)應(yīng)，放電電壓在２．４?Ｖ左右。??第二階段為液－液轉(zhuǎn)化反應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Natural nitrogen-doped multiporous carbon from biological cells as sulfur stabilizers for lithium-sulfur batteries[J]. Yan-Ping Xie,Hong-Wei Cheng,Wei Chai,Hong Yue,Xuan Zhang,Jian-Hui Fang,Hong-Bin Zhao,Jia-Qiang Xu.  Chinese Chemical Letters. 2017(04)



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