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江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 2020-07-25 點擊608次
目前，限制鋰硫電池商業(yè)化應(yīng)用的因素主要存在以下幾點:
1）硫單質(zhì)的導(dǎo)電性差,室溫電導(dǎo)率僅為5X10)-30 S.cm-',導(dǎo)致活性材料硫活化困難;
2)電化學(xué)反應(yīng)中間產(chǎn)物多硫化鋰1i2S2 (3<x<8)易溶于電解液,在正負極之間反復(fù)遷移,引起“穿梭效應(yīng)”導(dǎo)致活性硫材料損失利用率低，容量衰減快,并且不溶性的li2s2和liss易在負極鋰金屬表面不均勻沉積，形成鋰枝晶,影響電池的安全性能;
3)硫被鋰化后體積膨脹接近80%,容易導(dǎo)致電極整體結(jié)構(gòu)破壞等。
然而,僅僅依靠物理阻隔對多硫化物的限制作用是有限的,導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性變差。為了提高對多硫化物的約束作用,一些能夠吸附多硫離子的雜原子被摻雜人碳材料中來改善其離子親和性。針對鋰硫電池正極材料電導(dǎo)率低循環(huán)穩(wěn)定性差的問題,本研究通過靜電紡絲結(jié)合碳化方法制備了氮摻雜的多孔碳纖維用于改性硫正極材料,利用碳纖維骨架良好的導(dǎo)電性實現(xiàn)活性硫材料的高效電化學(xué)反應(yīng),利用所制備纖維的多孔性及氮原子摻雜提高對多硫化鋰的吸附能力,實現(xiàn)含硫正極材料循環(huán)比容量的低衰減率，以及充放電平臺穩(wěn)定的電化學(xué)性能。分析了改性后含硫正極材料循環(huán)伏安性能、不同電流密度和小倍率下的恒電流充放電性能等。
研究可得:改性后的含硫正極材料在0.1 C為庫倫倍率, (1675mAg)倍率下初始放電比容量可達1 078.3 mAh.g-',電極極化程度小,活性材料容量發(fā)揮出理論比容量的644%,經(jīng)過100周循環(huán)后依然可以保持525.4 mAh*g'比容量,平均每周容量衰減率為0.5%;當電流密度增大到1(時,依然可以達到502.3mAh.g-'的放電比容量。本研究結(jié)果與純硫正極相比,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。
含硫正極的制備:聚氧化乙烯(PEO),按質(zhì)量比1:2稱量混合,以入，二甲基甲酰胺(DMF)作為溶劑,完全溶解后得均勻紡絲液,紡絲電壓為20 kV。將靜電紡絲所得PEOPAX纖維首先置于馬弗爐中低溫?zé)崽幚?，然后轉(zhuǎn)移至鳳谷鋰電材料氣氛回轉(zhuǎn)窯中,升溫至900℃進行碳化處理,制備得到氮摻雜多孔碳纖維(XPCXF)。接著與升華硫粉,按質(zhì)量比1.0:1.5混合均勻,轉(zhuǎn)人密封反應(yīng)釜內(nèi)在155 °C熔融載硫,制得PCXF/S復(fù)合正極材料。
改性后的PCXF/S復(fù)合正極循環(huán)穩(wěn)定性更好，說明氮摻雜多孔碳纖維可以增強對多硫化鋰的吸附能力，減輕電化學(xué)反應(yīng)過程中的穿梭效應(yīng),使得放電比容量衰降減緩可以發(fā)現(xiàn).在循環(huán)后期，單質(zhì)正極比XPCXF/S復(fù)合正極材料具有更高的庫倫效率。
