摘要
随着新型技术的涌现，新能源产品越来越受到人们的关注，因此人们对商用电池的能量密度和快速充放电能力提出了更高的要求。目前商用的锂离子电池由于能量密度低而无法满足人们的需求。然而，以单质硫作为正极材料时，电池的理论能量密度高达2600Wh/kg，理论比容量可达1675mA·h/g，并且硫在自然界中储量丰富，低价无毒害，因此，锂硫电池被学者们认为是极具发展前景的二次储能体系。但锂硫电池也面临着硫自身的导电性差、电池充放电循环过程中产生的多硫离子在电解液中的溶解以及体积应变等问题。多孔碳材料有超高的比表面积和丰富的孔径，能够为活性物质提供充足的附着位点，且微孔也很强的毛细作用，能对多硫离子起到一定的束缚作用，且多孔炭材料柔性多孔的特性能缓解电池在循环过程中产生的体积应变，从而有望提高电池的循环性能。本文以廉价易得且可再生的农业废弃物为碳源，通过简单的化学活化法制备了生物质多孔碳，然后与单质硫复合制备了硫碳复合材料，且对其电化学性能进行了研究，最后对硫碳复合工艺进行了探讨。具体工作内容如下： (1)以玉米苞叶为碳源，氢氧化钾为活化剂，通过一步碳化法和两步碳化法分别制备出了两种生物质多孔碳，二次碳化法制备的多孔碳(T-ACBs)具有超高的比表面积(1330.0m2/g)和丰富的孔容量，且具有类石墨烯片层结构。复合材料S/T-ACBs在室温0.1C倍率下首次放电比容量可达1056mA·h/g，50次循环后容量保持率为57%，电池表现出良好的循环性能。 (2)以玉米芯为碳源，氢氧化钾为活化剂，通过一步碳化法和两步碳化法分别制备出了两种生物质多孔碳，与二次碳化法制备的生物质碳材料(T-ACC)相比，一次活化法制备的生物质碳材料(O-ACC)有很高的比表面积(1207.5m02/g)，丰富的孔径，且碳壁较薄，O-ACC与单质硫复合后得到复合材料S/O-ACC。S/O-ACC电极具有良好的循环性能和库伦效率，其首次放电比容量可达1050 mA·h/g，在0.1 C倍率下循环50次后容量保持率为49.5%，库伦效率为98%。 (3)以香蕉皮为碳源，氢氧化钾为活化剂，通过一步碳化法和两步碳化法分别制备出了两种生物质多孔碳，其中二次碳化法制备的碳材料(T-ABPs)有超高的比表面积(2044.6m2/g)，且碳材料呈现孔中带孔，大小孔相配，且碳壁凹凸不平，有沟壑，T-ABPs与硫复合得到复合材料S/T-ABPs。S/T-ACBs电极在0.1 C倍率下首次放电比容量可达1351mA·h/g，在1 C的倍率下循环300次后比容量还能保持在351 mA·h/g，最后对电池的高倍率性能进行测试，分别在0.1 C、0.5 C、1 C、2 C和3 C的倍率下各循环10次，电池对应的可逆比容量分别为960 mA·h/g、790 mA·h/g、600 mA·h/g、400 mA·h/g和300mA·h/g，更胜着，当电池倍率达到5 C后，再次回到0.1 C，电池可逆比容量又回升到940mA·h/g，综上性能参数，可以充分说明S/T-ACBs电极有良好的结构稳定性和比容量可逆性。 (4)以上覆硫方法都采用熔融法，以结构优异的T-ABPs为碳源，分别以球磨法、化学法、高温热处理法覆硫，并对各种方法制备的电极材料的电化学性能进行测试，发现当取用的活性物质硫为所计算的理论质量的1.5倍时，覆硫量最接近标准量(60%)，在前5次循环中，比容量损失了仅为16%，50次充放电结束后比容量保持率为50%，对采用熔融法制备的硫碳复合材料进行高温热处理2 h后组装电池，发现电池的循环性能得到了明显提升。
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