还原氧化石墨烯/碳纳米纤维薄膜锂硫电池正极材料的电化学性能研究

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随着科技的发展,下一代先进的能源储存体系必须满足高能量、高功率、长寿命、价格低、环境友好等要求,现有的商用锂离子电池体系难以满足,而锂硫电池由于高的理论容量是最有希望的下一代电池。但锂硫电池的商业化应用受限于聚硫穿梭效应,尽管在提高锂硫电池的比容量和循环寿命方面取得了很大地进展,然而电极中的面积硫加载量受限。因此,本文以静电纺丝制备的还原氧化石墨烯/碳纳米纤维膜当做液硫电解液的载体直接作为自支撑电极组装成锂硫电池。本文主要的实验结果如下:  (1)通过静电纺丝制备的还原氧化石墨烯/碳纳米纤维膜具有大面积和柔韧的优点,通过将掺杂氧化石墨烯的碳膜所组装的锂液硫电池与未掺杂氧化石墨烯的碳膜所组装的锂液硫电池的电化学性能进行对比,证明氧化石墨烯的添加确实提高了锂液硫电池的导电性及其循环性能。  (2)专门研究了所滴加液硫量与锂硫电池性能之间的关系,实验发现,当将滴加的液硫电解液浓度从15μl/mg增加到20μl/mg时,电化学阻抗测试显示锂液硫电池内阻增大,同时锂液硫电池的循环性能下降。同时,15μ1/mg浓度的锂液硫电池在1C高倍率下能够循环500圈,容量可达694.6mAh/gsulfur。  (3)探究了在C2032纽扣电池中,所能滴加的液硫电解液体积量的极限。实验发现,所能滴加的极限为78.1μ1,相当于面加载量~6.4mg/cm2。并且能够达到500圈的长循环,面容量可达2.8mAh/cm2。  (4)为了实现大的硫加载量和面容量的目的,制备了950μl大液硫电解液加载量的软包电池,相当于面积加载重量20.3mg/cm2。在5mA的电流密度下,能够提供15.5mAh/cm2的面积放电容量。  通过静电纺丝制备锂硫电池载体的方法便捷,同时能够实现大面积硫载量大面容量的目标,因此,本文为锂硫电池的商业化应用提供了一个有价值的参考。
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