含氮多孔納米碳纖維的制備及對(duì)鋰硫電池容量的提高

王 霞,劉彥吉,賈永鋒,吉 磊,胡全麗,段莉梅,劉景海

(內(nèi)蒙古自治區(qū)納米碳材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古民族大學(xué)納米創(chuàng)新研究院,化學(xué)與材料學(xué)院,通遼 028000)

鋰硫電池是最具潛力的轉(zhuǎn)換化學(xué)儲(chǔ)能電池體系,在可穿戴電子設(shè)備、便攜式通訊設(shè)備及新能源汽車等領(lǐng)域[1～3]具有廣闊的應(yīng)用前景.硫正極材料的理論比容量和能量密度分別為1675 mA·h/g 和2600 W·h/kg[4～7],且具有成本低廉、儲(chǔ)量豐富、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn).然而,硫電極在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨著電導(dǎo)率低、體積膨脹大、多硫化物穿梭效應(yīng)等問(wèn)題,這導(dǎo)致硫利用率低、容量衰減快及庫(kù)侖效率低.為了解決上述問(wèn)題,研究人員在正極載體[8,9]、隔膜修飾[10,11]、電解液改良[12]和電池構(gòu)造[13]等方面進(jìn)行了探索,其中,發(fā)展輕質(zhì)、多孔的導(dǎo)電納米碳纖維[14]來(lái)固硫是一種有效的途徑.同時(shí),碳纖維具有可調(diào)控的孔結(jié)構(gòu)、表面極性、缺陷、電子和離子傳輸?shù)任⒔Y(jié)構(gòu)和物化性能.

研究結(jié)果表明,N,O和B等非金屬原子摻雜可有效提高碳材料的固硫效果,特別是N原子[1,15～19].Yang等[20]研究N摻雜多孔納米碳纖維網(wǎng)發(fā)現(xiàn),其提供了電子快速傳輸通道,發(fā)揮了有效的固硫作用,展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能; Qie等[1]發(fā)現(xiàn)KOH活化的多孔納米碳纖維能夠加快鋰離子傳輸,增大電荷轉(zhuǎn)移的有效界面; Zhou等[21]成功地將硫均勻分散于氮摻雜多孔納米碳纖維網(wǎng)的微孔中,不僅容納了循環(huán)中發(fā)生的體積膨脹,還有效抑制了多硫化物在電解液中的溶解.盡管作為硫正極載體的多孔納米碳纖維提高了鋰……