微波诱导等离子体技术制备rGO@S复合正极及其在高倍率锂硫电池中的应用

锂硫电池具有高能量密度、低成本和环境友好等优势,有望满足市场日益增长的需求。然而,其正极材料中的活性物质硫存在溶解穿梭等问题,限制了锂硫电池的大规模应用。本文利用氧化石墨(GO)作为碳源、升华硫作为硫源,通过微波诱导等离子体技术(MIP)快速高效(30-40 s)地制备得到了还原氧化石墨烯负载硫纳米颗粒锂硫电池复合正极材料(rGO@S),其中,rGO褶皱卷曲、相互连接的层片状结构,有利于电解液中的锂离子向电极材料中扩散和迁移,同时有利于提高电极材料的导电性,且rGO上的含氧官能团也能够起到对硫纳米颗粒的固定作用,有利于电极材料循环稳定性的提升。得益于其独特的形貌结构,rGO@S在电池测试中表现出优异的倍率性能和良好的循环稳定性。在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,rGO@S的可逆比容量为1036 mAh·g^(-1),当电流密度增大到8 A·g^(-1)其可逆比容量仍高达832 mAh·g^(-1),且经过8 A·g^(-1)的超大电流密度充放循环,当电流密度回到0.1 A·g^(-1)时,其可逆比容量迅速恢复至1040 mAh·g^(-1),几乎没有容量衰减。

静电纺丝制备内嵌FeF_(2)纳米颗粒导电碳纤维复合材料及其锂离子电池正极性能研究

转换型正极材料(FeF_(2))因高具有理论比容量、廉价与环境友好等优点而有望成为新一代锂离子电池正极材料,但其目前却受到本征导电性差、界面副反应与结构衰减等问题的严重制约。对此,本文利用静电纺丝技术将水溶性高分子聚合物负载金属氟化物前驱体,经预氧化和碳化处理后得到了内嵌FeF2纳米颗粒的导电碳纤维复合材料(FeF_(2)@NFP),并探究了针对FeF_(2)@NFP静电纺丝工艺的最佳碳化温度。在充/放电过程中,FeF_(2)@NFP的碳基质可以发挥限域作用来抑制转换反应造成的体积变化和相分离等问题,从而稳定活性物质的结构,同时导电碳纤维可以为电子传输提供“快速通道”来改善FeF_(2)的导电性。因此,FeF_(2)@NFP作为锂离子电池正极材料在0.1 A·g^(-1)电流密度下表现出了261.55 mAh·g^(-1)的首次可逆比容量以及优异的循环稳定性,在100个循环后仍有243.20 mAh·g^(-1)的剩余可逆比容量(容量保持率为92.98%).