聚吡咯-TiO2納米管陣列復(fù)合材料的制備及其在鋰硫電池中的應(yīng)用.pdf

1、較高的理論比容量（1675 mAh/g）使得鋰硫電池在未來能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。然而其總體的循環(huán)穩(wěn)定性較差，能量效率較低，阻礙了其在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展。本文中設(shè)計(jì)了一種 PPy/TiO2同軸異質(zhì)結(jié)納米管陣列結(jié)構(gòu)作為正極材料基底，以期改善鋰硫電池的電化學(xué)性能。在此陣列結(jié)構(gòu)中，沉積了PPy的TiO2納米管陣列為鋰離子的擴(kuò)散及其與硫反應(yīng)提供了有序規(guī)整的導(dǎo)電骨架，同時(shí)對(duì)反應(yīng)過程中生成的多硫化物有一定的吸附作用，減緩了電池容量的

2、衰減。
　　本實(shí)驗(yàn)采用兩步陽極氧化法在含氟鹽的有機(jī)電解液中制備了高度有序的TiO2納米管陣列。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）和X射線衍射儀（XRD）表征結(jié)果顯示，制備出的TiO2納米管高度有序平行排列，管徑約120 nm，管長約30μm，為銳鈦礦晶型。
　　采用三電極體系，在含對(duì)甲苯磺酸鈉（TsONa）的水系電解液中，在 TiO2納米管陣列上電化學(xué)聚合沉積了PPy，并考察了沉積電流和聚合時(shí)間對(duì)PPy/TiO2 NTs復(fù)合材料

3、形貌和電導(dǎo)的影響，結(jié)果顯示，以恒電流1.0 mA/cm2進(jìn)行電化學(xué)聚合15min，得到的PPy/TiO2納米管陣列復(fù)合材料陣列結(jié)構(gòu)微觀形貌最為規(guī)整，PPy膜厚度適中，電導(dǎo)率性能優(yōu)異，較適合作為正極材料基底去負(fù)載硫。
　　通過共熱的方式將單質(zhì)硫負(fù)載進(jìn)入 PPy/TiO2納米管基底陣列中制備 S/PPy/TiO2 NTs正極復(fù)合材料，并且考察了不同的負(fù)載方式和溫度對(duì)單質(zhì)硫負(fù)載量的影響。發(fā)現(xiàn)以含硫的甲苯溶液浸泡法制備得到的S/PPy/T

4、iO2 NTs正極復(fù)合材料具有較高的硫負(fù)載量，且在高溫處理過程中PPy與硫產(chǎn)生了化學(xué)鍵的作用。
　　最后將制備好的正極復(fù)合材料作為正極片進(jìn)行了電池的安裝及電化學(xué)測(cè)試，通過對(duì)比S/TiO2 NTs、S/PPy/TiO2 NTs-160和S/PPy/TiO2 NTs-300三種正極材料，證明了復(fù)合材料中PPy的存在能提升電池的電化學(xué)性能。在三個(gè)電池中，S/PPy/TiO2 NTs-160表現(xiàn)出最高的首次放電比容量1123.7 mAh/

5、g，而S/PPy/TiO2 NTs-300表現(xiàn)出最為優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能，其比容量在100次充放電循環(huán)后仍有1150 mAh/g左右，庫倫效率保持96％左右，證明了負(fù)載硫過程中的熱處理溫度對(duì)電極材料的性能有較大的影響，推測(cè)原因?yàn)椴煌瑴囟忍幚硐聠钨|(zhì)硫的存在形式不同。硫在S/PPy/TiO2 NTs-160中的存在形式主要為 S8大分子以及其與聚吡咯形成的C-S8化學(xué)鍵合作用，而其在S/PPy/TiO2 NTs-300中的存在形式主要由少部分