【摘要】：由于低成本、環(huán)境友好和超高的理論比容量,鋰硫電池有望成為下一代高能量?jī)?chǔ)備系統(tǒng)之一。然而,由中間產(chǎn)物多硫化鋰LiPSs所誘發(fā)的穿梭效應(yīng)造成活性材料的不可逆損失、容量快速衰減、庫倫效率低和嚴(yán)重的自放電等問題,是阻礙鋰硫電池實(shí)際應(yīng)用的最大障礙之一。采用聚合物電解質(zhì)取代液態(tài)電解液是解決這一問題的有效方法之一。PPC作為環(huán)境友好的高分子材料在鋰離子電池等能量存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)換領(lǐng)域已經(jīng)獲得了越來越多的關(guān)注,但是其在鋰硫電池中的應(yīng)用還未曾被報(bào)道。另一方面,S/PAN復(fù)合物作為第二類硫基復(fù)合正極材料的典型代表,因具有制備簡(jiǎn)單、硫利用率高和庫倫效率高等優(yōu)點(diǎn),被視為最具有發(fā)展前景的一類鋰硫正極材料。本文首先對(duì)S/PAN復(fù)合材料的制備過程進(jìn)行了工藝改進(jìn),得到了S/PAN-Y10+5;然后又通過液相溶液攪拌法得到了摻雜納米SiO_2的PPC基復(fù)合聚合物電解質(zhì)溶液,進(jìn)而制得G-PPC-CPE和PPC-CPE,并探究了它們?cè)?S/PAN)/Li中的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)過壓片和前期熱熔融處理的S/PAN-Y10+5復(fù)合材料具備更好的電化學(xué)性能;相比于液態(tài)電解液組裝的電池,(S/PAN)/G-PPC-CPE/Li的電化學(xué)性能得到了大幅度地提高,特別地(S/PAN)/G-PPC-CPE/Li在0.1 A·g~(-1)電流密度下,循環(huán)500圈后仍能放出高達(dá)597.3mAh·g~(-1)_(composite)(1422.1 mAh·g~(-1)_(sulfur))的容量,容量保持率高達(dá)85.0%;相比于PEO基的復(fù)合聚合物電解質(zhì)PEO-CPE,PPC-CPE具有更高的離子電導(dǎo)率(7.36×10~(-4) S·cm~(-1),50°C)和Li~+離子遷移數(shù)(0.86,50°C),(S/PAN)/PPC-CPE/Li在電流密度為2.0 A·g~(-1)下循環(huán)100圈仍能放出554.2(1319.5)mAh·g~(-1)_(composite)(mAh·g~(-1)_(sulfur)),容量保持率為88.3%。綜上可知,PPC基聚合物電解質(zhì)與S/PAN復(fù)合材料具有極好的兼容性,從而有望實(shí)現(xiàn)更高性能的高能量鋰硫電池。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

1-1 鋰硫與鋰離子電池的能量對(duì)比圖（a）和不同電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換設(shè)備的能量b）2 鋰硫電池的簡(jiǎn)介2.1 鋰硫電池的工作原理如圖 1-2 所示[12]，典型的鋰硫電池系統(tǒng)由鋰負(fù)極、硫正極以及浸入有機(jī)電中的隔膜構(gòu)成，屬于可重復(fù)充放電的二次電池。放電時(shí)，正極上的 S 與來自屬負(fù)極上的 Li+離子結(jié)合并得電子發(fā)生還原反應(yīng)逐步生成多硫化物中間Li2Sx，2≤x≤8），最終生成硫化鋰（Li2S）；充電時(shí)，正極上的 Li2S 首先被為多種低價(jià)的多硫化物，隨后進(jìn)一步氧化為高價(jià)的多硫化物，并最終氧化為的 S8。[11]充放電曲線如圖 1-3 所示[12]：

傳統(tǒng)的鋰硫電池結(jié)構(gòu)圖

圖 3-1 S/PAN 復(fù)合物制備過程 黃色和白色的球分別代表 S 和 PAN 顆粒3.3 結(jié)果與討論3.3.1 S/PAN 復(fù)合材料表征圖 3-2 展示了不同制備工藝下 S/PAN-S5、S/PAN-Y5 和 S/PAN-Y10+5 三種復(fù)合材料的 SEM 和 TEM 圖。從圖（a）-（d）可以看出，相比于沒有經(jīng)過燒結(jié)前壓片的材料 S/PAN-S5，經(jīng)過預(yù)前壓片的材料 S/PAN-Y5 具有顆粒更小和顆粒之間堆積緊密的形貌特點(diǎn)。從圖（c）-（f）可以看出，經(jīng)過熱解前熔融混合的材料 S/PAN-Y10+5 具有顆粒間堆積更加緊密、顆粒分布更加均一的的特點(diǎn)。從圖（e）和（f）可以看出，每個(gè) S/PAN-Y10+5 材料的顆粒大小范圍在 100-150 nm。更緊密的堆積和更小的顆粒分布結(jié)構(gòu)將有利于鋰離子（Li+）和電子在材料中的快速遷移。

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