三维自支撑甲苯灰微球锂硫电池正极材料的制备与性能研究

孙 宁,王 旗,张德安

(东北大学，辽宁 沈阳 110819)

截至2020年6月，我国的燃油车保有量高达2.7亿辆，一方面导致了对化石燃料巨大的市场需求，另一方面，大量燃油车排放的尾气成为空气污染的重要因素。为了缓解对石油燃料的依赖以及减少对环境的污染，使用动力电池的新能源车代替汽油车被视为一种可行的方案。尽管新能源汽车上牌量以每年9.5%的增速迅速增长，但传统锂离子电池较低的能量密度和较高的成本制约了电动汽车现阶段快速、大规模的推广和普及。因此，开发低成本、高能量密度、长循环寿命的新型储能电池成为现阶段的研究热点[1,2]。锂硫电池以单质硫作为正极和金属锂作为负极，其理论能量密度为2 600 Wh kg-1，远高于商用锂离子电池的150 Wh kg-1。此外，单质硫的地壳储量丰富、对环境友好。因此，相比锂离子电池，锂硫电池具有高能量密度、低成本、环保等潜在优势。然而，由于单质硫及其放电产物Li2S的绝缘性、充放电时体积的巨大变化以及多硫化锂的穿梭效应等因素，锂硫电池实际表现出容量衰减快和活性材料利用率低等弱点。为克服这些弱点，常采用将单质硫与具有高比表面积材料(如各种导电碳、聚合物)形成复合材料的策略，既改善硫的导电性，又在一定程度上抑制穿梭效应[3-5]。尽管锂硫电池的性能得到一定程度的改善，然而这种改善是通过物理作用和低载硫量实现的(载硫量常常低于50%)。因此，本文拟研究一种具有高导电性、抑制穿梭效应和高载硫量的结构的锂硫电池。……