论文部分内容阅读
锂硫电池（Li-S电池）采用自然界储量丰富的硫元素作为活性物质,具有能量密度高、成本低廉、环境友好的优点,极具发展前景。然而Li-S电池的商业化应用仍面临严峻挑战,关键问题包括以下三点:（1）放电中间产物溶解在电解液中并扩散至Li负极处,造成了活性物质损失、Li金属负极劣化、电池自放电等问题;（2）单质硫及其还原产物在室温下为电子和离子绝缘体,这意味着材料转化困难,利用率低;（3）硫锂化/脱锂时体积不断膨胀/收缩,引起电极结构的不稳定甚至失效。针对这些问题,本文在综述了目前国内外锂硫电池研究进展的基础上,设计制备了凝胶涂层硫正极,其根据Li-S电池的实际需求选择合适的聚合物材料制备凝胶电解质,再将凝胶电解质以涂层的方式与硫正极结合,所制备的凝胶电解质涂层正极应用于Li-S电池后,能够有效提升电池电化学性能。本文采用共混法制备PAM/PAA凝胶,将凝胶材料涂覆于S/C材料表面制备电极。通过不同测试手段研究凝胶涂层的理化性质、对硫正极电化学性能的影响及作用机理。该凝胶材料能够在S电极的表面吸收电解液凝胶化,在Li-S电池的工作电压区间内电化学稳定,无分解现象。同时,PAM/PAA共混凝胶能够在电极片表面均匀成膜,吸收电解液凝胶化后明显降低了S电极表面的电荷传输阻抗Rct,这有利于提升Li-S电池的电化学性能。此外,本文用共聚材料P（AM-co-AA）制备凝胶涂层正极。采用这款凝胶涂层正极的Li-S电池表现出优异的电化学性能。在0.2 C的电流密度下,首圈放电比容量为1101mAh·g-1,循环100圈后仍有822 mAh·g-1的可逆容量,循环保持率为75.19%。研究表明,这种改善主要是因为聚合物凝胶涂层具备网络多孔结构并富含极性官能团,能够从物理-化学两个层面固定多硫化物,抑制可溶性多硫化物的穿梭效应,从而提高Li-S电池性能。最后,用共混法制备PEO/P（AM-co-AA）/PEDOT:PSS功能性凝胶涂层正极。该凝胶涂层兼具电子和离子导电性、成膜均匀、机械性能良好。采用该导电凝胶涂层正极的Li-S电池电化学性能出色。在0.2 C电流密度下,采用高载量S/C复合材料,前90圈循环保持率为80%,远高于无涂层电池。300圈的循环保持率为59.53%。研究表明,PEO/P（AM-co-AA）/PEDOT:PSS共混功能性凝胶电解质涂层对电极表面具有明显的改善作用,这主要是由于该涂层兼具了固硫与催化作用,提高了电池的反应动力学,进而促进了活性物质的有效转化。