还原氧化石墨烯气凝胶载硫电极的电化学性能
第４８卷 第６期２０１８年 １２月电 池ＢＡＴＴＥＲＹ ＢＩＭＯＮＴＨＬＹＶｏｌ.４８，Ｎｏ.６
Ｄｅｃ.，２０１８
作者简介：
王 明（１９９０－），男，湖南人，中南大学化学化工学院硕士生，研究方向：锂硫电池石墨烯气凝胶基正极材料；苑红艳（
１９９４－），女，山东人，中南大学化学化工学院硕士生，研究方向：锂离子电池固态聚合物电解质；张 健（
１９９４－），男，河南人，中南大学化学化工学院硕士生，研究方向：钠离子电池高性能正极材料；刘洪涛（１９７３－），男，四川人，中南大学化学化工学院教授，副系主任、化学电源研究所副所长，研究方向：电化学能源材料，本文联系人。
基金项目：湖南省科技计划项目（２０１７ＴＰ１００１，２０１６ＴＰ１００７），中南大学研究生科研创新项目（２０１７ｚｚｔｓ７８２）
·科研论文·
ＤＯＩ：１０.１９５３５／ｊ.１００１－１５７９.２０１８.０６.００１
还原氧化石墨烯气凝胶载硫电极的电化学性能
王 明，苑红艳，张 健，刘洪涛
（中南大学化学化工学院，化学电源湖南省重点实验室，锰资源高效清洁利用湖南省重点实验室，湖南长沙 ４１００８３）摘要：以还原氧化石墨烯气凝胶（ｒＧＡ）为碳载体，采用熔融升华法、水溶剂热法、二硫化碳溶剂热法、二硫化碳／水混合溶剂热法、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３歧化分解法和Ｎａ２Ｓｘ酸化法等方法载硫。熔融升华法的总体效果最好，复合物的载硫率为７８.０％，电极以０.２Ｃ在１.７～２.８Ｖ充放电，首次放电比容量为１１００ｍＡｈ／ｇ，库仑效率接近１００％。关键词：锂硫电池； 正极材料； 石墨烯气凝胶； 复合硫电极
中图分类号：ＴＭ９１２.９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－１５７９（２０１８）０６－０３６９－０４
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ
ｏｘｉｄｅａｅｒｏｇｅｌｌｏａｄｉｎｇｓｕｌｆｕｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
ＷＡＮＧＭｉｎｇ，ＹＵＡＮＨｏｎｇ-ｙａｎ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ，ＬＩＵＨｏｎｇ-ｔａｏ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ
ＣｈｅｍｉｃａｌＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，ＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄＣｌｅａｎＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
ｏｆＭａｎｇａｎｅｓｅＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，
Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅａｅｒｏｇｅｌ（ｒＧＡ）ａｓｃａｒｂｏｎｓｕｐｐｏｒｔ，ｔｈｅｓｕｌｆｕｒｗａｓｃａｒｒｉｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＭＳ-ｒＧＡ／Ｓ，
Ｈ２Ｏ-ｒＧＡ／Ｓ，ＣＳ２-ｒＧＡ／Ｓ，ＣＳ２／Ｈ２Ｏ-ｒＧＡ／Ｓ，Ｎａ２Ｓ２Ｏ３-ｒＧＡ／Ｓ，Ｎａ２Ｓｘ-ｒＧＡ／Ｓ.ＴｈｅｔｏｔａｌｉｔｙｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅＭＳ-ｒＧＡ／Ｓｗａｓｔｈｅｂｅｓｔ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｌｏａｄｉｎｇｒａｔｅｏｆｓｕｌｆｕｒｗａｓ７８.０％.Ｗｈｅｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｗａｓｃｈａｒｇｅｄ-ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄｉｎ１.７－２.８Ｖａｔ０.２Ｃ，ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｄｉｓｃｈａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙｗａｓ１１００ｍＡｈ／ｇａｎｄｔｈｅＣｏｕｌｏｍｂｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗａｓｎｅａｒ１００％.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍ-ｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｙ； ｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌ； ｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅａｅｒｏｇｅｌ； ｓｕｌｆｕｒ-ｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
锂硫电池商业化面临的主要问题是：元素硫的导电性差、充放电过程中多硫化物的“穿梭效应”、硫的体积膨胀和锂枝晶生长等。目前，硫电极一般采用多孔导电碳作为基底负载
硫［１］
，因为多孔导电碳可提供优良的导电骨架结构，并对硫及
多硫化物有良好的担载和吸附性能。常见的多孔导电碳有介孔／微孔碳、碳纳米管／网和石墨烯等
［２］
，首次放电比容量大多
为７００～
１０００ｍＡｈ／ｇ［３］
。基于还原氧化石墨烯构建的三维多孔气凝胶作为载硫基体，近年来引起人们的广泛关注。还原氧化石墨烯气凝胶（ｒＧＡ）不仅具有高强度石墨烯片搭建的多孔通道，用于物理载硫，而且孔壁表面富含各种亲硫的含氧官能团，易于化学固硫，可提升活性硫的利用率。此外，也可在多孔碳基底上修饰金属氧化物（如ＴｉＯ２），进一步增强对硫电
极反应的中间产物多硫化物的化学吸附［４］
。
高的载硫量是硫电极实现高容量的必要条件，但也意味着硫在多孔碳等基底上的均匀分布越发困难。如果载硫方法选择不当，就可能会产生大量的“死硫”，降低充放电容
量［５］。硫在基底上分布不均匀，就无法保证硫与导电基底的
良好接触，也不能保证基底对硫和中间体进行有效的物理和化学吸附。要改善高载硫量正极材料的性能，除了基底材料的选择外，载硫方法的选择也很重要。
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