鋰硫電池正極用多孔碳纖維制備及電化學性能的研究.pdf

1、社會經濟的快速發(fā)展驅動了更多便攜式的電子設備的發(fā)展，這些設備對于電池高能量的需求日益增加。以單質硫作為正極材料的鋰硫電池體系具有較高的理論比容量(1675 mAh/g)及比能量(2567 Wh/kg)，且具有成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，被公認為時下一代最具發(fā)展?jié)摿Φ母弑饶芰慷坞姵伢w系。然而，硫以及最終產物的絕緣性，中間產物多硫化物的穿梭效應，以及硫在氧化還原反應中的體積變化(80％)等成為鋰硫電池發(fā)展道路上的障礙，多孔碳纖維由于其豐富的孔

2、結構以及能形成導電性良好的網(wǎng)絡狀結構，可作為硫單質的載體用作鋰硫電池的正極材料。
　　本文以DMF（N，N-二甲基甲酰胺）為溶劑，PAN（聚丙烯腈）作為PCFs（多孔碳纖維）的前驅體，PS（聚苯乙烯）添加劑作為致孔劑，通過靜電溶吹技術成功制備出PAN/PS復合納米纖維，在經后續(xù)預氧化、碳化處理過程中PS分解造孔得到多級孔結構的多孔碳納米纖維，并作為硫的載體制備得碳硫復合正極材料應用于鋰硫電池中。通過SEM（掃描電鏡）、TEM（透射

3、電鏡）、FTIR（紅外技術）、BET（比表面積測試儀）、TGA（熱重分析）等分析紡絲液不同PAN∶PS比例對纖維形貌結構的影響，再利用循環(huán)充放電測試及交流阻抗測試分析孔結構以及電導率對不同PAN∶PS比例下的電池電化學性能的影響。
　　研究結果表明:以PS為添加劑，與PAN混合于DMF溶劑中，分別制備出不同的紡絲液，由于微相分離的原因，溶液中PS和PAN獨立存在的，通過靜電溶吹技術得到PAN/PS納米纖維，經高溫處理過程中PS成分

4、分解，進而得到多孔碳纖維;隨著PAN/PS的比例從5∶0增加到5∶5，纖維的平均直徑逐漸增加，即從0.605μm增加到1.716μm。當繼續(xù)增加PAN/PS的比例至3∶5時，纖維的直徑又逐漸減小，即從1.716μm減小到1.045μm。碳化后的多孔碳纖維的比表面積呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，即當PAN/PS的比例為5∶1時，多孔碳纖維的比表面積最大為56.686 m2/g。另外，多孔碳纖維具有優(yōu)異的導電性，電導率均在1.56×105 S/m