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液相制备石墨烯/硫复合材料及其在锂硫电池正极中的应用

2021-02-25唐晓宁黄鑫威刘美丽周文华欧阳全胜

材料工程 2021年2期
关键词:复合材料

吴 旭,唐晓宁,黄鑫威,刘美丽,周文华,欧阳全胜

(1 贵州大学 材料与冶金学院,贵阳 550025;2 贵州轻工职业技术学院先进电池与材料工程研究中心,贵阳 550025;3 贵州省普通高等学校石墨烯材料工程研究中心,贵阳 550025;4 废旧动力电池梯次利用及资源化省级协同创新中心,贵阳 550025)

随着便捷式电子设备、电动汽车、智能电网等领域的蓬勃发展,对高能量密度能量存储器件(如二次电池)的需求日益增加。锂离子电池作为一种经典的二次电池,已经被广泛应用于人们的日常生活,然而其较低的理论能量密度(约为400 Wh·kg-1)已经制约了其在许多领域的应用[1]。

锂硫电池是一种具有高理论比容量(1675 mAh·g-1)和高能量密度(2600 Wh·kg-1)的二次电池[2]。其正极活性物质单质硫在自然界中储量丰富,且具有较高的氧化还原电势,负极金属锂是元素周期表中还原电势最低的元素,因而由这两种电极材料匹配所组装的锂硫电池自然而然成为备受关注的高能量密度二次电池体系[3-4]。目前,锂硫电池尚未得到实际应用的主要原因在于:(1)负极金属锂枝晶的形成所造成的电池短路和热失效;(2)正极硫的低导电性和巨大的体积变化(高达80%)所导致的结构不稳定;(3)正极反应中间产物多硫化锂(Li2Sx,4≤x≤8)的穿梭效应所造成的活性物质的不可逆损失。以上因素最终导致锂硫电池的库仑效率低、容量衰减快、循环寿命短等问题[5-6]。为了解决上述问题,研究者们提出了许多解决方案,其中之一便是将具有高电导性的碳材料[7-8](例如微孔/介孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等)与硫复合。……

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