摘 要

锂硫电池中的锂和硫的分子式量很小，所以它的理论比容量很高，为1672 mAh/g，理论能量密度高达2600 Wh/kg，是传统锂离子电池的近5倍，实际能量密度已经可以达到300 Wh/kg，而且，作为正极主要材料，硫在大自然中的丰度高达0.048%（按质量计），硫对环境友好，容易制取，具有广大的应用前景。然而，锂硫电池中的硫是绝缘体，不利于电荷传输，而且硫的利用率低，锂负极容易被腐蚀，锂硫电池在充放电过程中存在“穿梭效应”，还有自放电现象等等这些缺点都降低了它的电化学性能。

论文以聚四氟乙烯（PTFE）为氟源和碳源，然后在含氟碳材料中载入金属铂，合成了铂氟双掺杂的碳材料，将它应用到锂硫电池的正极材料中，研究它的电化学性能。

研究结果表明，铂氟双掺杂碳材料的应用对锂硫电池的电化学性能确实有很大的提升，这可能和金属铂和氟官能团的催化以及对多硫化物的吸附是分不开的。

本文的特色在于不仅使用了粘接剂聚四氟乙烯作为碳源，对锂硫电池中的正极材料起到了包覆作用，而且金属铂对电池的电化学性能也起到了一定的催化作用。

关键词：锂硫电池；碳材料；铂氟双掺杂；聚四氟乙烯

Abstract

The molecular formula and amount of lithium sulfur in the lithium sulfur battery is very small, so its theoretical capacity is very high, is 1672 mAh/g, and the theoretical energy density up to 2600 Wh/kg,which is nearly 5 times compared with the traditional lithium ion battery, the actual energy density can reach 300 Wh/kg, and as the main cathode material, the abundance of the sulfur in the nature is 0.048% (by mass) ,it is environmentally friendly, easy to make, so, it has broad application prospects. However, the sulfur in the lithium sulfur batteries is an insulator, is not conducive to the charge transport, and the utilization rate of sulfur is low, the lithium anode is easily corroded, the lithium sulfur battery "shuttle effect＂in the process of charge and discharge, and self discharge phenomenon and so on all these defects reduce its electrochemical performance.
　　In this paper, PTFE is used as the source of fluoride and carbon source and containing fluorocarbon materials loaded metal platinum synthesized platinum and fluorine doped carbon materials, it is applied to the cathode material in lithium sulfur battery, its electrochemical properties study.

The results show that the platinum double fluorine doped carbon materials application of lithium sulfur battery electrochemical performance does have greatly improved, and this may be metal platinum and fluorine functional groups of catalytic and adsorption of polysulfide is inseparable.
　　The characteristic of this paper is not only the use of PTFE adhesive as the carbon source, the cathode materials of lithium sulfur battery to the coating effect and electrochemical properties of platinum metal on the battery also played a catalytic role.

Key Words：lithium sulfur battery；carbon；Platinum and fluorine；PTFE

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 电池的发展 2

1.3 锂离子电池的国内外研究现状 3

第2章 锂硫电池简介 4

2.1 锂硫电池体系 4

2.1.1 锂硫电池的优点 5

2.1.2 锂硫电池的缺点 5

2.2 锂硫电池正极材料 6

2.2.1硫/金属氧化物复合材料 6

2.2.2硫/碳复合材料 7

2.2.3 二元金属硫化物 8

2.3 电解质溶液 9

2.4 锂硫电池负极材料 9

第3章 实验部分 11

3.1 实验目的 11

3.2 实验原理 11

3.3 实验试剂和仪器 11

3.3.1 实验试剂 12

3.3.2 实验仪器 12

3.4 碳材料的制备 13

3.5 载Pt碳材料的制备 13

3.5.1 PTFE碳材料载Pt（5%） 13

3.5.2 PTFE溶液载Pt（5%） 13

3.6 锂硫电池的组装 14

3.6.1 载硫量的计算 14

3.6.2 碳硫复合材料的制备 14

3.6.3 涂膜法制备电极材料 14

3.6.4 电池制备 15

3.7 性能测试 15

3.7.1 恒电流充放电 15

3.7.2 交流阻抗测试 16

3.7.3 循环伏安测试 16

第4章 实验结果与讨论 17

4.1 XRD谱图分析 17

4.2 XPS谱图分析 17

4.2.1 PTFE碳 17

4.2.2 PTFE分散液载Pt 19

4.2.3 PTFE碳材料载Pt 21

4.3 PTFE溶液载Pt复合材料锂硫电池的性能测试 23

4.3.1 循环伏安测试结果分析 24

4.3.2 交流阻抗测试结果分析 24

4.3.3 恒电流充放电测试结果分析 25

第5章 结论 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1 前言

新世纪的到来，人类对能源的需求越来越大，而传统的化学能源已经供不应求，由此引发了一系列的能源危机，能源争夺大战等。历史上曾出现过四次能源危机，这四次的能源危机并不只是因为石油等的供不应求，更多的是许多能源稀少的国家对石油等的依赖以及和石油丰富的国家的矛盾，导致石油运输环节被切断等问题，使能源输入国家一时陷入了能源供不应求的局面。由此可见，在新的时代，人类对石油的依赖已经到了不可自拔的地步^[1]，表1.1展示了2014年世界和中国的能源生产量和消费量的对比，由表可知，中国不仅是能源生产大国，更是能源消费大国；而且，化石能源是一次能源，具有不可再生性，它具有使用年限，见表1.2。

表1.1 2014年世界能源生产量和消费量对比表^[2]