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硫正极的理论比容量高达1675mAh/g,成为目前最具开发前景的锂离子电池材料之一,但由于硫的绝缘性及在充放电过程中正极体积的变化和活性物质的损失,导致锂硫电池存在活性物质利用率低、循环寿命低、倍率性能差和安全性低等问题,严重阻碍了其应用。要解决上述问题,需要提高单质硫的导电性、抑制电极反应中可溶性多硫化物的穿梭效应。多孔碳具有导电性好、孔隙率高、孔容量大、比表面积大等优异的特性,是载硫的理想物质。本文以不同粒径的纳米二氧化硅为模板,制备了孔隙可控的多孔碳,系统研究了该多孔碳/硫复合物电极的电化学性能。主要研究内容如下: 1.以正硅酸乙酯为原料,氨水为催化剂,乙醇为溶剂的Stober法,在室温下制备出颗粒分布均匀的200nm单分散SiO2,产率高,操作简单;通过改进种子生长法制备粒径在100nm以下的纳米SiO2,通过改变制备过程中的蒸发温度与速率,并在最后球磨,能有效地阻止颗粒间的团聚,制备出单分散的纳米球。 2.使用粒径为14nm、30nm、60 nm、100nm、200nm的SiO2模板,制备不同孔隙大小的多孔碳,探究孔隙大小对SC复合物性能的影响。相比于太小或太大的纳米孔,孔径为100 nm的多孔碳/硫复合电极有较好的电化学性能,在100mA/g的电流密度下首次放电比容量为1060.4mAh/g,循环50次后,比容量稳定在685mAh/g左右,显示出了良好的循环稳定性;对于孔隙大小都为200nm的多孔碳,模板与树脂3g∶3mL时制备的多孔碳/硫复合物具有较好的循环性能,其循环50次,比容量稳定在615 mAh/g左右。 3.探究电极组分因素对电池性能影响的因素。用PVDF做粘结剂时,适当提高粘结剂的比例能增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触,从而提高电池的循环性能;用水性粘结剂LA-132替换传统的有机粘结剂PVDF,在不用增大粘结剂用量的基础上,能有效提高电池的循环稳定性;使用等量super P作导电剂的电极性能优于石墨作导电剂的电极;极片厚度为200μm最适宜,首次放电比容量高,循环稳定性较好。极片厚度太薄的100μm电极首次放电容量最高,但是循环稳定性明显劣于200μm和300μm的电极。极片厚度太厚,放电需经过两三次的循环活化后才达到最高放电比容量;升华硫的首次放电比容量高达1584.8mAh/g,但是循环稳定性差,沉降硫循环稳定性较好。