與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比,鋰硫電池具有高比容量的優(yōu)點,因而人們希望它能作為未來的動力電池和儲能電池。但是,由于鋰硫電池存在的硫電導率低和在充放電過程中正極材料體積發(fā)生較大變化等問題,限制了鋰硫電池在實際生活中的應用。本文通過對正極材料設計一定的微觀結構,改善鋰硫電池的電化學性能。首先,通過改變工藝條件制備出球形硫納米顆粒;然后,以硫納米顆粒為核,設計并制備出具有核殼結構的二氧化鈦（TiO₂）@S以及蛋黃殼結構的聚苯胺（Pan）@S的復合材料。利用X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等手段對制備的材料的形貌、組成進行表征,并對樣品進行電化學測試。通過探索不同的制備工藝,利用硫代硫酸鈉與硫酸反應,通過調節(jié)表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮的用量,制備出平均粒徑為500 nm的球形硫納米顆粒。通過控制溶液的pH值及雙（2,4-戊二酮酸）雙（2-丙醇酸）鈦（Ⅳ）的用量,制備出具有核殼結構的TiO₂@S復合材料。在0.1 C倍率下,首次放電比容量可達1029.3 mA h g^-1,循環(huán)50次后其容量依然保持... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數】：51 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Li-S電池的工作原理示意圖

222SeS2 2222S2LiLiS S2LiLiS22放電過程中生成的Li2S2和Li2S，由于發(fā)生氧合物，并且隨著氧化反應的進行，放電產生的果在理想的狀態(tài)下，固相單質硫可以按照上述量可達1675 mAh g-1。S電池放電曲線具有兩個典型的放電平臺，而如圖1-2所示。一般保持在2.45 V~2.1 V之間，在這個過程中應于反應式(2)～(4)。一般保持在2.1 V～1.7 V之間，在這個過程中很低的短鏈聚硫離子，此過程對應于反應式(

成碳硫復合物，并且大大改善了鋰硫電池的電化學性能。如今人們通常將硫與各種形狀的多孔碳、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯等復合。這些材料雖然制備工藝復雜，但是他們特殊形貌的碳骨架能夠和硫單質很好的復合，不僅能提高硫的導電性，而且還能夠將硫均勻地負載包圍起來，起到了固定硫單質的效果，抑制“穿梭效應”的發(fā)生[27-29]。Li 等[30]以蔗糖為碳源，以 SBA-15 為模版，通過水熱法合成了以介孔微球為核，微孔碳為殼的核殼結構的硫/碳復合材料，實驗流程如圖 1-3 所示。這種復合材料在0.1 C 倍率下首次放電比容量達到 1211 mAh g-1，在 0.5 C 倍率下，循環(huán) 200 圈后比容量依舊保持在 837 mAh g-1,容量保持率達到 80 %。這種結構以介孔碳為核極大的提高了硫單質的含量，另外以微孔碳為殼一定程度上緩解了體積膨脹以及多硫化合物溶解的問題，提高了鋰硫電池的容量保持率、循環(huán)穩(wěn)定性和庫倫效率，而且這種雙級結構兼具介孔碳和微孔碳兩者的優(yōu)點，為改善鋰硫電池電化學性能的研究提供了一個很好的研究思路。

【參考文獻】：
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