鋰離子電池中三維導電網絡的構建.pdf

1、鋰離子電池的正負極活性材料大都是半導體或絕緣體，導電性較差，如正極活性材料鈷氧化物、錳氧化物和磷酸鹽等，其幾乎是半導體或絕緣材料;負極活性材料除石墨類外，如硅、金屬氧化物、鈦酸鋰等導電性也較差，介于半導體和絕緣體之間。由于鋰離子電池的活性材料的導電性較差，所以構建一個良好的三維導電網絡，改善鋰離子電池極片的導電性和其它物理性質，對于改善鋰離子電池的電化學性能是至關重要的?，F在商業(yè)化的正極材料和石墨負極材料，其技術已經很成熟了，但其比容量

2、較低，已經難以滿足現在社會發(fā)展的需求，所以新型的高比容量的鋰硫電池和硅負極材料得到了廣泛的研究。但活性物質硫單質和硅的電導率都比較低，而且在充放電過程中，鋰硫電池還存在著多硫離子穿梭效應，硅負極的體積膨脹而粉化脫落，這些導致鋰硫電池和硅負極的電化學性能較差，所以要想改善其電化學性能，構建一個良好的三維導電網絡至關重要。
　　因此本論文在鋰硫電池的硫電極和硅負極中構建一個良好的三維導電網絡，從而提高電池的電化學性能。
　　本論

3、文采用液相超聲和化學鍍銅的方法制備了一維核殼結構CNTs/S/Cu復合材料，再用原位電化學反應的方法合成了一維核殼結構的Cu2S/CNTs復合材料。復合材料中一維CNTs作為核，提供了良好的導電性，且CNTs是一維納米結構，具有大的長徑比，能構建良好的三維導電網絡，提高了電極整體導電性，同時還能緩解充放電過程中電極的體積膨脹;而電極形成的多孔結構，與CNTs的毛細吸附作用相互協同，能起到很好的物理固硫作用;加上化學鍍生成的銅及銅集流體能

4、使活性物質S轉變?yōu)閷щ娦愿叩腃u2S，使電池充放電過程中的多硫離子中間體得到很好的固定;導電網絡的物理固硫和銅的化學固硫產生了協同作用，使電極充放電過程中產生的多硫離子中間體得到更好的固定;從而提高了S的利用率、電池比容量和改善了電池循環(huán)穩(wěn)定性。還通過電池充放電曲線、XPS等，推測了電池在充放電過程中的活性物質變化的過程和反應機理。
　　本論文通過將S溶解二次沉淀與層狀膨脹石墨混合，得到了P-graphite-S復合材料，最后在

5、真空下，經155℃處理2h，得到P-graphite-S-155復合材料。將所得P-graphite-S-155復合材料制成漿料涂覆在銅箔上制得電極，與對電極Li金屬片組裝成電池，在充放電循環(huán)下原位電化學生成P-graphite-Cu2S復合材料。由于膨脹石墨構建了良好的導電網絡，提高了電極導電性，同時能緩解充放電過程中電極的體積膨脹，且起到了很好的物理固硫作用;加上銅集流體的化學固硫協同作用，使電池充放電過程中的多硫離子得到很好的固定

6、;從而提高了S的利用率和改善了電池循環(huán)穩(wěn)定性，所以所得的電池具有較高的循環(huán)性能和比容量。還通過電池充放電曲線和阻抗測試，推測了電池在充放電過程中的活性物質變化和電極的極化變化。
　　本論文通過噴霧干燥的方法制備了Si/MWNTS/Pu-pen球形復合材料，球形顆粒的直徑在5μm左右。Si/MWNTS/Pu-pen球形復合材料制作電極，組裝2016扣式電池，在200mA·g-1的電流密度下充放電循環(huán)，電池容量保持在1100mAh·g

7、-1左右，充放電循環(huán)50圈，容量保持率高達93％，所得復合材料具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的比容量。這是由于制得的Si/MWNTS/Pu-pen球形復合材料，MWNTS作為良好的一維導電材料，構建了優(yōu)異的三維導電網絡，改善了電極的整體導電性能，且能抑制電極的體積膨脹;而碳源碳化而得的碳顆粒起到了橋梁作用，連接納米Si與MWNTS，使納米Si不至于成為一個孤島而不導電和抑制納米Si在充放電過程中團聚在一起;而納米Si粒徑在100nm左右，在充