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硫化锂的沉积和溶解行为调控及锂硫电池性能研究

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硫化锂的沉积和溶解行为调控及锂硫电池性能研究

作者：曲文佳天津大学

学位级别：硕士

锂硫电池是极具应用潜力的下一代高能量密度电池。然而,绝缘放电产物硫化锂(LiS)的不均匀沉积容易导致电极表面钝化终止后续反应,同时LiS的氧化势垒高且固相脱锂动力学差造成充电过程中部分LiS难以完全转化,极大制约了锂硫电池循环稳定... 详细信息

锂硫电池是极具应用潜力的下一代高能量密度电池。然而,绝缘放电产物硫化锂(LiS)的不均匀沉积容易导致电极表面钝化终止后续反应,同时LiS的氧化势垒高且固相脱锂动力学差造成充电过程中部分LiS难以完全转化,极大制约了锂硫电池循环稳定性、倍率性能和活性物质利用率的提升。针对上述问题,本文以石墨烯作为碳载体模型材料,提出了调控碳表面化学诱导LiS三维沉积,提升了放电过程中LiS沉积容量;以过渡金属氧化物Na TiCoO作为催化剂模型材料,提出了调控电子结构促进LiS与催化剂间的电荷转移,提升了其在充电过程中的转化效率,显著提高了硫利用率和电池倍率性能。具体内容包括以下两个方面:碳材料是常用的硫载体,但是其与多硫化锂的浸润性差导致LiS不均匀沉积,且绝缘的LiS的覆盖电极表面制约了电子转移和后续反应的进行。本文以石墨烯为模型材料,研究了硼、氮掺杂对LiS沉积行为的影响。结果表明,LiS在硼掺杂还原氧化石墨烯(B-r GO)表面表现出快速的瞬时成核模式和较高的沉积速率,促使LiS沿各相均匀生长为稳定的球形颗粒,而在氮掺杂还原氧化石墨烯(N-r GO)表面上,LiS垂直生长形成片状形貌,并且成核生长速率缓慢,呈现出低容量的连续沉积模式。主要原因是B-r GO表面的富电子中心对多硫化物中的端基硫的锚固能力更强。因此,利用B-r GO做为中间层组装的锂硫电池表现出较低的电荷转移阻抗和沉积能垒,低平台容量和循环稳定性大幅提高。引入催化剂降低LiS氧化过电位是加快氧化反应动力学的有效途径,但是催化剂电子结构对其催化氧化活性的作用机制不清晰制约了高性能催化剂的设计。Na TiCoO在锂硫电池的工作区间具有良好的稳定性,本文以其为模型催化剂,通过电化学法脱除钠离子(Na)实现了对其电子结构精准且连续的调控,阐明了催化剂电子结构与催化LiS氧化活性之间的构效关系。结果表明随着Na的脱除,NaTiCoO部分相变形成更多的催化位点,并缩短了费米能级和真空能级之间的距离,促进了LiS与催化剂表面的电荷转移。因此,NaTiCoO表现出最优的催化活性,组装的扣式电池在5.0 C下仍具有615 m Ah g的高比容量,显著提升了活性物质的利用率和电池反应的可逆性。

关键词：锂硫电池硫化锂沉积与溶解催化作用

硫化锂纳米晶的绿色合成及其在先进电池中的应用

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硫化锂纳米晶的绿色合成及其在先进电池中的应用

作者：方俪然天津大学

学位级别：硕士

目前,与传统锂离子电池相比,全固态电池因采用固态电解质具有更高安全性;锂硫电池因使用高容量金属锂负极和硫(或硫化锂)正极而拥有更高比能量。硫化锂是上述两类先进二次电池中共同的重要材料,因此成为备受瞩目的研究热点。但是,商业... 详细信息

目前,与传统锂离子电池相比,全固态电池因采用固态电解质具有更高安全性;锂硫电池因使用高容量金属锂负极和硫(或硫化锂)正极而拥有更高比能量。硫化锂是上述两类先进二次电池中共同的重要材料,因此成为备受瞩目的研究热点。但是,商业硫化锂存在制备方法污染环境及价格昂贵的缺点;实验室合成方法难以规模化生产。上述问题大大限制了基于硫化物电解质的全固态电池和锂硫电池的实用化开发。因此,开发环境友好、成本低廉和易于大规模生产的硫化锂合成方法有重要科学意义和巨大应用前景。针对上述挑战,本论文通过分析化学热力学数据设计了一种全新的基于复分解反应合成硫化锂纳米晶的方法,并完成了工艺开发,取得以下研究成果:(1)在常温常压下,通过锂源化合物氯化锂和硫源化合物硫化钠在有机溶液乙醇中进行复分解反应得到了硫化锂,并利用过量氯化锂产生的同离子效应提高了产物纯度。接着,将纯品硫化锂与五硫化磷和氯化锂球磨后煅烧得到了固态电解质LiPSCl,该电解质具有较高的离子电导率(3.85 m S/cm)和较低的活化能(0.26 e V),展示了该复分解方法制备的硫化锂在开发高性能硫化物固态电解质方面的良好前景。(2)验证了上述复分解反应的普适性,使用不同有机溶剂(甲醇/异丙醇)和不同反应原料体系(溴化锂/碘化锂/硝酸锂/硫化钾)也成功制备硫化锂纳米晶。

关键词：电池材料硫化锂纳米晶复分解反应绿色合成

硫化锂的低成本制备提纯及其在硫化物电解质中的应用

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硫化锂的低成本制备提纯及其在硫化物电解质中的应用

作者：赵梓翔天津理工大学

学位级别：硕士

全固态锂电池因其采用不易燃的固态电解质而具有高安全性能。硫化物固态电解质在几类固态电解质中因具有较高离子导电率而获得广泛关注,然而高昂的价格却限制了其应用,归其原因是关键原材料LiS成本较高,因此,探究低成本规模化合成电池级... 详细信息

全固态锂电池因其采用不易燃的固态电解质而具有高安全性能。硫化物固态电解质在几类固态电解质中因具有较高离子导电率而获得广泛关注,然而高昂的价格却限制了其应用,归其原因是关键原材料LiS成本较高,因此,探究低成本规模化合成电池级LiS的方法是硫化物固态电解质实现产业化的重要因素。本文探究了LiS的低成本制备及提纯技术,并进一步用其制备硫化物固态电解质进行电化学测试,以验证此方法的可行性。主要研究内容如下:（1）探究了一种基于硫酸锂碳热还原反应的LiS制备方法,此方法由于采用价格低廉的椰壳碳和LiSO·HO而降低了制备成本。由于存在碳、硫等杂质,制得的碳热还原产物无法直接用于硫化物固态电解质,所以在本文中首先采用乙醇溶解过滤去除碳杂质等,然后针对副反应产生的硫杂质提出了两种除硫方法,结果证明煅烧除硫法优于苯溶除硫法,随后探究了煅烧除硫法的最佳煅烧温度为600℃。最后,对该方法制备的LiS进行了产率及成本分析,实现了低成本高产率制备LiS。（2）为验证制备LiS的品质和纯度,将自制LiS与市售LiS合成LiPSCl电解质进行对比,发现采用两种LiS合成的电解质性能相当。使用Li NiCoMnAlO正极、锂铟合金负极以及自制LiS制备的LiPSCl电解质组装的全固态锂电池具有良好的电化学性能,在1C倍率下循环500周容量保持130.2 m Ah g,平均库伦效率99.92%,循环性能优于市售硫化锂。优异的电化学性能证明了此方法合成LiS的可行性,随后,用两种LiS制备了LiSiPSCl电解质,得到了相同结论,进一步证实了自制LiS的高品质和本制备方法的可行性。

关键词：锂离子电池全固态锂电池硫化物电解质硫化锂低成本

高性能硫化锂基复合材料制备及电化学性能研究

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高性能硫化锂基复合材料制备及电化学性能研究

作者：董然林合肥学院

学位级别：硕士

以嵌锂化合物作为正极材料的商业化锂离子电池较低的能量密度,已然满足不了飞速发展的电子与储能领域的需求,寻找新型的高能量密度的储能器件迫在眉睫。锂硫电池（Li-S）因其较高的能量密度和较低的成本优势,被认为是极具发展潜力的下... 详细信息

以嵌锂化合物作为正极材料的商业化锂离子电池较低的能量密度,已然满足不了飞速发展的电子与储能领域的需求,寻找新型的高能量密度的储能器件迫在眉睫。锂硫电池（Li-S）因其较高的能量密度和较低的成本优势,被认为是极具发展潜力的下一代高能量密度电池体系。Li-S电池的正极材料常见有硫（S）和硫化锂（LiS）两种,其中LiS正极受到了广泛的关注,因其可以与不含锂的负极（如硅、碳基材料等）匹配,从根本上避免锂枝晶带来的安全隐患。LiS,作为S的最终嵌锂态,不仅与不含锂的负极有着良好的兼容性,而且具有较高的安全性和结构稳定性。然而,LiS正极面临的自身电子和离子电导率低、反应过程中中间产物多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应、极高的动力学活化势垒和缓慢的反应动力学等问题,严重阻碍了LiS在Li-S电池中的应用。目前,为了解决上述问题,研究学者们主要集中于提高复合材料的导电性、吸附性和催化能力角度出发来对LiS正极材料进行改性。其中,贵金属和过渡金属的纳米颗粒具有极强的LiPSs吸附能力和优异的电催化特性,并且在改善复合材料的导电性、抑制LiPSs穿梭、提高电化学反应动力学和催化LiPSs向S或LiS转变等方面具有显著优势。然而,目前所报道的合成金属纳米颗粒的方法存在步骤复杂、条件苛刻、成本高昂等问题,无法满足实际商业化的需要。本文针对以上存在的问题,提出两种思路来解决。主要内容如下:（1）采用简便、可行、节能的机械球磨的方式,原位合成了LiS-钼（Mo）纳米复合材料。随后采用聚苯乙烯（PS）包覆和碳化工艺,成功制备出具有核壳结构的无花果状的碳包覆硫化锂和钼（LiS-Mo@C）的纳米复合材料。通过微观结构表征发现,无花果状LiS-Mo@C纳米复合材料中以无定形碳作为无花果的果皮,纳米LiS作为无花果的果肉,尺寸为5-15nm的金属Mo纳米点作为无花果的籽均匀地分散在核中。碳壳和无花果状结构不仅提高了复合材料的电子和离子电导率,而且能够进一步抑制LiPSs穿梭。经过一系列的吸附性能测试和催化性能测试并结合理论计算发现,金属Mo纳米点不仅能够对LiPSs产生极强的化学吸附能力,而且具有加快催化LiPSs向S和LiS转化的能力。电化学测试显示,无花果状LiS-Mo@C纳米复合材料展现出较低的初始活化势垒（2.51 V）、极高的首次放电容量(1086 m Ah g)、极小的电荷转移电阻（18.8Ω）和较长的循环寿命（500次）。（2）提出了一种简单制备钯（Pd）量子点修饰的三维多孔碳骨架（Pd@PC-CNT）的制备方法。具体来说,首先采用水热法原位合成ZIF-CNT材料,随后高温碳化制备出多孔碳-CNT（PC-CNT）复合材料,最后将贵金属Pd量子点均匀分散在PC-CNT骨架,即可实现Pd@PC-CNT纳米复合材料的成功制备。与LiS的复合是通过快速蒸发含有LiS的乙醇溶液,使得纳米LiS在Pd@PC-CNT复合材料中成核生成,从而成功制备出Pd@PC-CNT/LiS纳米复合材料。通过SEM、TEM、BET等表征手段,进一步研究了Pd@PC-CNT/LiS纳米复合材料独特的形貌、较高的比表面积和丰富的孔道特性和电化学性能、电化学反应动力学的内在关联。研究表明,独特的三维多孔结构,不仅能够容纳更多的活性物质,还能促进电解液的浸润和抑制LiPSs穿梭,进而提高电化学容量表现。此外,Pd量子点在骨架中的均匀分布能够提供更多的吸附位点和催化活性位点,从而提高复合材料的倍率性能、长循环性能和反应动力学。

关键词：锂硫电池硫化锂金属纳米颗粒电催化反应动力学协同效应

高比能硅与硫化锂基电极的原位制备及其储锂性能研究

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高比能硅与硫化锂基电极的原位制备及其储锂性能研究

作者：张家民合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,新能源汽车行业发展迅速,长续航里程的新能源汽车对锂二次电池的能量密度和循环寿命提出了更高的要求。为了提高电池的能量密度,使用高比容量的电极材料是一种重要的途径。硅基负极材料具有远高于石墨的理论比容量,但其充放电过... 详细信息

近年来,新能源汽车行业发展迅速,长续航里程的新能源汽车对锂二次电池的能量密度和循环寿命提出了更高的要求。为了提高电池的能量密度,使用高比容量的电极材料是一种重要的途径。硅基负极材料具有远高于石墨的理论比容量,但其充放电过程中的体积效应会导致材料粉化、固体电解质界面膜反复被破坏等问题。硫化锂正极材料具有理论比容量高、安全性好等优点,但其极易水解,并且穿梭效应严重。为此,本文对硅纳米线负极和硫化锂正极的制备及其电化学性能开展了以下研究:(1)以不锈钢网为衬底,通过溶液浸泡的方式简化了铜催化剂的负载流程,应用化学气相沉积(CVD)法原位制备了硅纳米线负极,其纳米结构可以有效缓解体积效应。结果表明,在反应温度为600℃、反应气压为2000 Pa的条件下所制备的电极(Si NWs-2)具有最佳的电化学性能。Si NWs-2在1 C的电流密度下可以提供高达1251 m A h g的放电比容量,循环50圈后仍保有87%的容量,即使在3 C的高倍率下仍有748 m A h g的可逆容量。(2)以铜箔为衬底,应用热蒸发法原位制备了硅纳米线负极。对于纯铜箔衬底,硅纳米线基于氧化物辅助生长(OAG)机制形成(p-Si NWs),其直径均匀分布在10 nm左右。而对于负载锡催化剂的样品,硅纳米线基于气-液-固(VLS)机制形成(Sn-Si NWs),其直径受催化剂液滴的大小所限制,分布在100～500 nm之间。结果表明,Sn-Si NWs具有更高的比容量(0.2 C下可达1227 m A h g),而p-Si NWs则具有更好的循环稳定性,循环50圈后容量保持率高达86%。(3)以碳纤维织布为衬底,首先涂覆聚合物包覆的硫酸锂颗粒,随后应用碳热还原法原位制备出了硫化锂@掺杂碳/碳纤维织布(LiS@DC/WCF)复合电极。硫化锂纳米晶均匀地包覆在氮/氟共掺杂的碳骨架中,通过密度泛函理论(DFT)计算发现,碳-氮基团可以与多硫化锂产生强烈的相互作用,从而改善电极的电化学反应动力学,并抑制多硫化锂的穿梭。结果表明,LiS@DC/WCF复合电极在0.2C下具有913 m A h g的高放电比容量,即使在1 C的高电流密度下循环200圈后,仍保有98%的容量,平均容量衰减率低至0.01%。

关键词：锂电池原位合成硅纳米线硫化锂氮/氟共掺杂碳

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硫化锂法合成线性高分子聚苯硫醚的研究

化工新型材料 2013年第12期41卷 50-52页

作者：姚栋夫蒋文伟李晶晶杨琴四川大学化工系成都610065 成都惠恩精细化工有限责任公司成都610065

以实验室自制的硫化锂与对二氯苯为原料,无需添加其他任何催化剂,在N-甲基吡咯烷酮中直接进行缩聚反应,合成了聚苯硫醚树脂。研究了聚合体系中含水量和单体的配比对聚合反应的影响,通过高温灼烧测定了树脂的灰分,并与传统硫化钠法合成... 详细信息

以实验室自制的硫化锂与对二氯苯为原料,无需添加其他任何催化剂,在N-甲基吡咯烷酮中直接进行缩聚反应,合成了聚苯硫醚树脂。研究了聚合体系中含水量和单体的配比对聚合反应的影响,通过高温灼烧测定了树脂的灰分,并与传统硫化钠法合成出来的聚苯硫醚树脂的灰分进行了比较分析。采用红外和元素分析对合成产品进行了表征。用TG和DTA对树脂的熔点Tm和初始热失重Td进行了测定。结果表明:合成的树脂为线性高分子聚苯硫醚树脂,具有较低的灰分和良好的热性能。

关键词：硫化氢硫化锂聚苯硫醚合成

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硫化锂正极材料及研究进展

电源技术 2021年第12期45卷 1650-1654页

作者：苏冠睿张春飞艾旺圣袁金良宁波大学海运学院浙江宁波315211

锂硫电池具有较高的理论比能量(2600 Wh/kg)和理论比容量(1675 mAh/g),因此被认为是下一代最具潜力的储能设备之一。以锂硫电池正极存在的主要问题,重点讨论了不同宿主材料[包括碳基材料、聚合物、无机金属化合物等与硫化锂(Li_(2)S)形... 详细信息

锂硫电池具有较高的理论比能量(2600 Wh/kg)和理论比容量(1675 mAh/g),因此被认为是下一代最具潜力的储能设备之一。以锂硫电池正极存在的主要问题,重点讨论了不同宿主材料[包括碳基材料、聚合物、无机金属化合物等与硫化锂(Li_(2)S)形成的复合正极材料]的研究进展和优缺点,分析了各代表性材料的结构特性及其提升Li_(2)S正极性能的基本方法,并对Li_(2)S正极材料未来的研究趋势作了展望。

关键词：锂硫电池正极材料硫化锂复合材料研究进展

硫化锂正极复合材料及硫化锂-石墨电池的研究

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硫化锂正极复合材料及硫化锂-石墨电池的研究

作者：黄珊珊浙江大学

学位级别：硕士

鉴于目前可持续清洁能源技术在能量密度方面难以抗衡传统能源转换技术的现状,开发高容量、高能量密度的二次电池系统成为清洁能源技术研发的首要任务。锂硫电池因理论比容量大、能量密度高、活性物质来源广泛、成本低且环境友好等优点... 详细信息

鉴于目前可持续清洁能源技术在能量密度方面难以抗衡传统能源转换技术的现状,开发高容量、高能量密度的二次电池系统成为清洁能源技术研发的首要任务。锂硫电池因理论比容量大、能量密度高、活性物质来源广泛、成本低且环境友好等优点逐渐引起大家的研究热潮。然而,锂硫电池存在的一些关键问题尚未得到解决,制约了锂硫电池的技术进步。其中,作为正极材料的硫单质导电性差、充放电时产生体积变化大、充放电过程的中间产物聚硫离子的穿梭效应等问题,导致了锂硫电池循环寿命差为代表的一系列问题。同时,作为负极的金属锂片在充放电过程中容易产生出锂枝晶,带来严重的安全问题。硫化锂电池是以石墨、锡、硅等多种嵌锂负极材料为负极活性物质,硫化锂为正极活性物质的一种锂硫电池,负极制备工艺简单并且比金属锂更为安全,避免了锂枝晶的产生,近来吸引了较大的关注。但是,硫化锂电池几乎继承了传统锂硫电池的全部不足,并且由于起始物质硫化锂的电化学活性低,锂离子传输性能差,电极活化时产生很大的过电位。为了克服硫化锂电池的缺点,本论文从传统锂硫电池着手,在研究了一维碳载体材料对于抑制聚硫离子穿梭作用的基础上,着重研究开发基于不同碳源材料原位合成的硫化锂-碳复合材料,并应用于全电池中,探究了硫化锂-石墨电池的活化机理,取得以下研究结果:1.针对锂硫电池的硫电极体积膨胀、聚硫离子穿梭和硫导电性差等问题,进行多壁碳纳米管(MWCNT)的改性作为载硫材料以克服上述缺点。通过H2O2氧化处理碳纳米管,在其表面引入含氧官能团,改善MWCNT在水中的分散性,然后通过高温KOH刻蚀MWCNT提高其比表面积,最后通过还原处理克服前期处理所导致的MWCNT导电能力下降问题,获得具有较高比表面积和较好导电性的改性MWCNT。基于改性MWCNT制备的硫正极有效提高了硫的放电容量和循环性能,在0.2C下首圈放电量为1272.7mAhg-1,50圈循环后容量保持率依旧为76.45%。研究表明,硫电极性能也受MWCNT管径和还原工艺的影响,大管径MWCNT改性效果优于小管径MWCNT,使用强还原剂(NaBH4)产生的效果优于葡萄糖。2.采用硫化锂电极可避免锂负极的安全问题,解决硫正极体积膨胀的问题。本文重点研究了硫化锂电极及其电池,通过原位合成硫化锂-碳复合材料改善硫化锂电极的电子离子传导,以解决硫化锂的电化学惰性问题。复合材料前驱体及其后续的碳化过程对复合材料的构效影响巨大。研究发现,在以邻苯二胺为碳源原位合成硫化锂-碳复合材料(Li2S@OC)的过程中,冷冻干燥获得的前驱体较溶剂蒸发和喷雾干燥获得的前驱体更为均匀,碳化后硫化锂粒径更小,分布更为均匀。二次碳包覆对于原位生成的硫化锂晶体具有抑制其生长和团聚的作用,获得的硫化锂粒径为500 nm～1μm。为进一步减小硫化锂颗粒尺寸,促进硫化锂电极的离子传导,本文以葡萄糖为碳源原位合成了具有二维碳膜的硫化锂-碳复合材料(Li2S@GC)。不同于基于邻苯二胺碳源制备得到的一维纤维联结的碳网络,二维碳膜更有效地抑制了硫化锂的结晶生长,硫化锂颗粒(约100 nm)明显小于Li2S@OC中的硫化锂。基于Li2S@GC材料制备的硫化锂正极首圈放电容量达到1072 mAhg-1Li2S,在0.1C下循环50次后的稳定放电容量为610.7 mAhg-1Li2S,相比基于邻苯二胺碳源制备的硫化锂电池的稳定放电容量提高了 25.6%。3.基于以上研究结果,本文以Li2S@GC为正极材料,石墨为负极材料,组装了硫化锂-石墨全电池,探究了其活化机理和充放电行为。石墨的活化和性能受制于电解液和粘结剂,含硝酸锂添加剂的醚类电解液可通过促进石墨电极表面SEI膜的形成而提高石墨电极的循环稳定性,以海藻酸钠-SBR为复合粘结剂可改善石墨电极的循环性能,使之适用于硫化锂全电池体系。最后,本文还研究了硫化锂-石墨全电池的多种活化工艺。其中,石墨负极预活化工艺处理活化的全电池容量保持率较好,50个充放电循环后的容量保持率为首圈的73.4%;恒压充电工艺处理活化的全电池首圈放电比容量较高,达到了 609.6 mAhg-1Li2S。上述研究显示了硫化锂-石墨电池商业化应用的可行性。

关键词：锂硫电池碳材料硫化锂石墨负极全电池

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硫化锂正极材料的制备及电化学性能

硫化锂正极材料的制备及电化学性能

作者：杨涛浙江大学

学位级别：硕士

为了适应未来社会对经济、环保、高效的能源体系要求,研究开发新型绿色能量存储材料及器件,已成为各国科学家们关注的重点。锂硫电池因具有理论能量密度高(2674Wh·kg-1和2697Wh.L-1)、成本便宜、环境友好等优势,成为最具发展前景的下... 详细信息

为了适应未来社会对经济、环保、高效的能源体系要求,研究开发新型绿色能量存储材料及器件,已成为各国科学家们关注的重点。锂硫电池因具有理论能量密度高(2674Wh·kg-1和2697Wh.L-1)、成本便宜、环境友好等优势,成为最具发展前景的下一代能源存储体系之一。但是正极材料的电绝缘特性、充放电过程中多硫化物的穿梭效应、体积应变以及负极材料锂易生成枝晶等问题,导致锂硫电池的循环稳定性和安全性能较差,严重制约了其产业化进程。硫化锂是硫放电后的终产物,因其本身含有锂源,可以采用非锂负极与其匹配制备全电池,从而提高电池安全性。然而,硫化锂正极材料同样存在导电性差和多硫化物溶解穿梭的问题,本文设计并制备了碳包覆Li2S@C复合正极材料,并采用纳米化策略来进一步改善Li2S正极材料导电性能,使得正极材料的电化学性能得到了大幅改善。主要研究工作如下:(1)以PVP为碳源,利用Li2S和PVP在四氢呋喃溶剂中溶解度的差异,通过调控温度蒸发溶剂,使Li2S和PVP先后析出,之后通过高温退火的方法将PVP分解碳化,得到碳包覆的Li2S复合正极材料。该复合材料表现了较好的电化学性能,在0.2C充放电时,首次放电容量为865.4mAh·g-1 100次循环之后,其容量衰退至593.1 mAh·g-1,库伦效率降至93%。(2)以纳米级聚苯乙烯(PS)微球为形核剂,利用溶液蒸发和化学气相沉积(CVD)相结合的方法制备纳米尺度核壳结构的复合正极材料。因为PS球在高温下会裂解,所以制备得到的复合材料壳层内部有一定空间余量,可以缓解体积效应。复合正极材料表面CVD沉积的碳壳层一方面提高了活性物质Li2S的导电性,另一方面作为阻挡层,可以有效地将充放电过程中产生的多硫化物限制在壳层内部,抑制多硫化物的穿梭效应,提高活性物质的利用率,从而提高材料的循环性能。而纳米化的结构设计有效缩短了锂离子在正极材料中的扩散距离,从而使得整个正极材料的离子和电子传输速度得到提高,继而改善正极材料的倍率性能。在0.2C充放电时,首次放电容量为1121.9mAh·g-1,100次循环之后,其可逆容量仍可保持为804.2mAh·g-1,容量保持率为71.7%,库伦效率维持在96%以上。在1C和2C的高测试电流下,其容量仍可以达到760.7 mAh.g-1和682.9 mAh.g-1。(3)以纳米导电炭黑颗粒为形核剂,利用溶液蒸发和CVD相结合的方法合成类似鸡蛋结构的复合正极材料nano-Li2S@C,其中纳米导电炭黑为蛋黄,Li2S为蛋白,表面包覆层为蛋壳。在纳米化设计和碳包覆协同作用下,电极显示了良好的循环和倍率性能。在0.2C充放电时,首次放电容量为1083.5 mAh·g-1,100次循环之后,其可逆容量仍可保持为893.6mAh·g-1,容量保持率为82.5%,库伦效率维持在96%以上。在1C和2C的高测试电流下,其容量仍可以达到763.5 mAh.g-1 和 625.8 mAh.g-1。

关键词：锂硫电池硫化锂复合正极包覆结构纳米化