S/C复合物的结构和形貌研究

图2.2 为样品的XRD 图。由图可知，与升华硫（SS）的特征峰相比，OS与CS 样品的特征峰的位置基本不变，峰的强度有少许减弱，说明用溶剂转化法所制得的单质硫仍属于斜方晶系。从图2.2 中还可以看出，Printex XE2 的XRD 衍射峰呈现出强烈的无定型特性，OSC 与CSC 样品的衍射峰基本为升华硫（SS）与Printex XE2 的叠加，大部分为硫的衍射峰，但2θ=24°和45°的宽峰为Printex XE2 的特征峰。

图2.2　样品的XRD 图谱

图2.3 给出了样品的电镜图。如图2.3（a）所示，升华硫颗粒形状不规则，粒径分布不均匀，粒径大小基本为1～20 μm。从图2.3（b）中可以看出，OS 样品的形貌与前者明显不同，颗粒形状更规则，表面更光滑，无明显的棱角；粒径分布更均匀，颗粒大小为5～15 μm。而CS 样品的颗粒形状和粒径分布介于两者之间，见图2.3（c）。如图2.3（d）所示，Printex XE2 由纳米球形颗粒团聚成念珠状，而OSC 和CSC 样品也基本如此，见图2.3（f）、（e）。采用EDX 测试得到了OSC 样品中硫元素和碳元素的分布图，如图2.3（g）、（h）所示，OSC 样品中硫元素和碳元素分布较均匀。

图2.3　样品的SEM 图

为了更加清晰地反映S/C 复合材料的颗粒特性，我们对OSC 样品进行了TEM 测试。图2.4 为OSC 样品的TEM 图。如图2.4（a）所示，OSC 样品由颗粒直径大小约为45 nm 的粒子聚集而成。图2.4（b）是对局部进一步放大得到的OSC 样品更精细的形貌，可见硫颗粒表面包覆约8 nm 的碳层。对图2.4（b）中方框处进一步放大得到图2.4（c），可清晰地看出硫的有序晶格条纹和碳的无序螺旋状条纹。

图2.4　OSC 样品的TEM 图

表2.2 给出了用BET 法测定的Printex XE2 和OSC 样品的比表面积和孔体积。与Printex XE2 相比，通过溶剂转化法制得的S/C 复合物的比表面积和孔体积均要小得多，即便扣除OSC 样品中碳的减少量仍是如此，说明OSC 样品中有部分S 通过溶剂转化法进入Printex XE2 的孔中。若按硫的密度为1.82 g/cm3 来计算，孔体积为1.76 cm3/g 的Printex XE2 最多能容纳质量分数为76.2%的硫，而所制备的OSC 样品中硫的实际含量为55%。说明OSC 样品中仍存在着未被填充的介孔或微孔，而介孔或微孔的存在有利于电解液的浸润，进而有助于OSC 样品在电化学过程中的物质传递。若在制备过程中将硫的含量降低，则得到的孔结构会更多，但其代价是活性物质的载量会降低，因此未合成含硫量更低的硫碳复合物。(www.xing528.com)

表2.2　Printex XE2 和OSC 的物理性质

注：由于硫的升华特性，OSC 样品在进行BET 测试前没有按照通常的程序在150 ℃下进行排空处理。这样，由于水可能进入微孔中使孔堵塞，所以测试的结果可能偏小。

通过对硫碳复合物的形貌测试和BET 测试，可得出OSC 复合物中硫与碳是均匀复合的，且硫填充在碳孔中。这种结构不仅能为活性物质硫提供导电网络，还能将硫限制在碳孔中，防止活性物质硫在充放电过程中流失。