《鋰硫電池用鍵合型一體化硫電極的構築及其性能研究》是依託江蘇大學，由李國春擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋰硫電池用鍵合型一體化硫電極的構築及其性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李國春
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋰硫電池在能量密度方面的顯著優勢使其成為當前化學電源領域研究的熱點。但是，硫電極存在的活性物質利用率低、循環穩定性差以及充放電過程中體積變化對電極結構的破壞等問題嚴重製約了鋰硫電池的發展。針對上述問題，本項目提出以商業化導電炭黑作為基體材料負載活性物質硫，製備不同硫含量的硫/碳複合材料；利用原位自聚技術，獲得基於碳-聚合物協同作用的核殼結構聚多巴胺包覆硫/碳複合材料；在此基礎上，創新性地將聚合物包覆材料通過化學鍵合的方式同時接枝導電添加劑和粘結劑，從而實現鍵合型一體化硫電極的構築。利用相應的測試表征技術，系統研究所製備的相關複合材料和一體化硫電極的結構組成、微觀形貌、構效關係對其電化學性能的影響規律，同時對採用物理混合方式製備的硫電極的電化學性能進行比較。本項目提出的鍵合型一體化硫電極的設計思路，將為鋰硫電池的進一步研究和套用提供重要的理論和實驗依據。
結題摘要
基於“輕質”、多電子氧化還原反應的鋰硫電池，由於其高達2600 Wh/kg的理論能量密度，近年來受到廣泛關注。鋰硫電池理論比能量比傳統鋰離子電池高出一個數量級。鋰硫電池儘管研究了數十年，但活性物質利用率低，容量快速衰減，倍率性能差等難題制約了其實際套用。本項目對鋰硫電池體系中的正極、電解液和隔膜材料進行了認真的研究，取得了一定的進展，主要包括如下3個方面： （1）將導電添加劑科琴碳黑與升華硫進行不同方法的複合，製備了硫含量相同的3種硫/碳複合材料。對比發現，採用兩步高溫熱處理法製備的硫/碳複合材料電化學性能最佳。將複合材料在不同鋰鹽濃度的電解液中測試，發現在濃度高的電解液中電化學性能更優異。研究表明，硫/碳複合材料的製備方法及電解液中鋰鹽的濃度對硫電極的性能將產生重要影響。 （2）將商品化的導電碳黑BP2000作為活性硫的導電基體材料，通過高溫熱處理，製備了硫含量分別為50wt.%，60wt.%和72wt.%的3種S/BP2000複合材料。3種硫/碳複合材料在碳酸酯類電解液中進行電化學性能測試表明，硫含量為50wt.%的硫/碳複合材料具有最佳的電化學性能。在50 mA/g小電流密度下，首周放電容量能達到1624.5 mAh/g，接近理論放電比容量。即使在800 mA/g大電流密度下，首周放電容量也能達到1288.6 mAh/g，循環180周以後容量還能保持在522.8 mAh/g。表現出良好的循環性能和倍率性能。因此，廉價易得的商品化導電碳黑BP2000有望用於鋰硫電池中硫電極的導電基體。 （3）採用兩步浸漬法製備了親水性聚多巴胺修飾隔膜，並將其套用於鋰硫電池。研究發現採用親水性聚多巴胺隔膜組裝的鋰硫電池比採用未修飾的疏水性隔膜組裝的鋰硫電池性能更為優越。採用親水性隔膜組裝的鋰硫電池在0.2 C倍率放電下，首周放電容量達1271 mAh/g，循環30周以後容量能穩定在1020.3 mAh/g，比未修飾隔膜組裝的鋰硫電池容量提升77%。測試結果表明具有親水性特性的隔膜能顯著提高鋰硫電池的電化學性能。
