含硫聚磷腈正极材料的制备及其电化学性能的研究

作     者：马丽丽 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘景东

授予年度：2010年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：含硫聚磷腈 锂硫电池 复合材料 电化学性能 

摘      要：开发高比容量的正极材料是提高锂二次电池能量密度的最有效途径之一。本论文研究了几种新型含硫聚磷腈阴极材料的制备，结构表征和电化学特性。主要内容如下： 1、以硫化钠和聚二氯磷腈为原料，通过亲核取代制备出两种含硫聚磷腈材料，并采用FTIR光谱、XRD分析对材料进行了表征，将制备的材料作为正极，与金属锂组装成二次锂电池，研究了其作为锂二次电池正极材料的充放电机理。并初步探讨了电池的循环伏安曲线以及电池容量损失的原因。采用1MLiCF3SO3/DME+DGM电解液，单取代含硫聚磷腈的首次放电比容量可达952mAh·g-1(25mA/g电流下)，平均充放电效率为88%;双取代含硫聚磷腈首次放电比容量为754.5mAh·g-1，平均充放电效率为90%,第30到50次循环，其放电比容量稳定在120～100mAh·g-1。这种新型的含硫正极材料在减小容量衰减，抑制“飞梭效应方面优于硫。 2、通过热处理方法制备了两种含硫复合正极材料，XRD分析表明复合材料趋向于非晶态的结构特征。单质硫与聚磷腈混合形成的复合材料放电比容量较低，且没有较明显的充放电平台;单取代含硫聚磷腈与导电材料热处理形成的含硫聚磷腈复合材料，充放电平台较为明显，且与不同的导电材料复合所得材料的充放电曲线具有一定的差异。交流阻抗分析表明，复合材料更有利于电子和离子的传输，减小正极和电解质之间的接触电阻。热处理增强了材料基体结构的完整性，使放电比容量有较大的提高。 3、采用化学交联的方法制备硫化三聚磷腈。循环伏安曲线研究结果表明在2.5V左右出现氧化峰，1.3V出现还原峰，且具有较大的还原电流。当电流密度为20mA/g时，材料的首次放电比容量可达604mAh·g-1，第10与40次循环之间放电比容量变化较小，第40次放电比容量仍有249.3mAh·g-1，充放电效率达90%，这表明在反复进行的电化学氧化还原过程中，活性物质参与的电化学反应能够比较高的可逆程度进行，具有较高的活性物质利用率。