【摘 要】
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近年来,锂硫电池(Li-S)因具有高理论能量密度(2600Wh/kg)和理论比容量(1675m Ah/g)而成为研究热点,但由于硫的导电性差、电化学过程中存在“穿梭效应”,使得锂硫电池的活性物质利用率低、循环稳定性差,这些缺点严重制约着锂硫电池的发展。为了解决上述问题,研究人员主要对电池正极材料的改进进行了研究。研究发现,将具有良好导电性及丰富孔隙的碳材料作为正极材料基体,可以提高正极材料的导电性
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近年来,锂硫电池（Li-S）因具有高理论能量密度（2600Wh/kg）和理论比容量（1675m Ah/g）而成为研究热点,但由于硫的导电性差、电化学过程中存在“穿梭效应”,使得锂硫电池的活性物质利用率低、循环稳定性差,这些缺点严重制约着锂硫电池的发展。为了解决上述问题,研究人员主要对电池正极材料的改进进行了研究。研究发现,将具有良好导电性及丰富孔隙的碳材料作为正极材料基体,可以提高正极材料的导电性,同时有效吸附多硫化物,缓解体积膨胀现象,从而提高电池的使用寿命和电化学性能。目前常用的碳材料多制备方法复杂且成本高昂,故制备简单且低成本的生物质碳材料逐渐得到了关注。水绵是一种水生植物,大量存在于富营养化的水域中,具有天然纳米结构和良好的导电性,同时还有氮掺杂的特点,且来源广泛,制备简单,环境友好,故本文将水绵作为原料,制备出具有良好导电性的多孔生物质碳材料,将其作为正极材料基体,分别制备了生物质碳/硫复合材料和生物质碳/二氧化钛/硫复合材料,对其进行了微观结构、理化性质及电化学性能的研究与分析。本文通过对碳材料的石墨化程度、比表面积和孔容积进行分析,得出了最优的碳化参数和活化剂用量。当加热至900oC,保温时间为3h时,材料的石墨化程度最高,具有较好的导电性,可以提高电子和离子的传输速度;当活化剂与碳材料的质量比为1:4时,得到的SPC-3材料具有较大的比表面积和孔容积,载硫能力最强,使电池的首次放电比容量达到了1455.4m Ah/g;本文讨论了混硫比对SPC-3/S复合材料电化学性能的影响。当混硫比为1:2时,SPC-3/S（1:2）复合材料的实际含硫量十分接近其理论值,且SPC-3材料丰富的多孔结构可有效吸附多硫化物,提高活性物质的利用率,使SPC-3/S（1:2）复合正极材料的初始放电比容量达到了1445.4m Ah/g,经过200次循环后的容量保持率为85.8%;本文通过溶胶-凝胶法在SPC-3材料表面负载了二氧化钛（Ti O2）颗粒,探究了二氧化钛在复合正极材料中的作用。结果表明,由于二氧化钛中的Ti-O基团对多硫化物强烈的化学吸附作用,显著提高了电池的电化学性能。SPC-3/Ti O2/S（1:2）复合正极材料的首次放电比容量可达1622.2m Ah/g,循环100次后仍可保持1406.8m Ah/g,表现出了优异的循环稳定性。
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