孔道有序排列高容量S@C復合電極材料的制備及電化學性能

白延群, 王存國, 李 雪, 樊文琪, 宋鵬豪, 顧圓春,劉法謙, 劉光燁

(1. 青島科技大學橡塑材料與工程教育部重點實驗室, 山東省橡塑材料與工程重點實驗室, 青島 266042;2. 青島科技大學高性能聚合物及成型技術教育部工程研究中心, 青島 266042;3. 中山大學化學工程與技術學院, 珠海 519082)

鋰離子二次電池因具有質量輕、 平均工作電壓高、 能量密度大、 循環壽命長、 無污染等優點, 在移動電話、 筆記本電腦、 攝像機等便攜式電子設備中得到了廣泛應用[1～6], 并且在電動汽車中作為動力電源也備受關注. 但是目前商品化的鋰離子電池比容量相對較低, 難以滿足電動汽車對動力電池大功率放電和超高容量的要求, 因此, 超高容量二次電池的研發及電極材料的制備成為當今電動汽車動力電源的研究重點之一.

鋰/硫電池具有較高的理論能量密度(2600 W·h/kg), 且其較大的理論比容量(1675 mA·h/g)是商品化的鋰離子電池電極材料(LiCoO2, LiFePO4, LiCoxNiyMn1-x-yO2等)的十倍以上, 因而成為下一代高能二次電池發展方向之一[7～13]. 而且硫礦產資源豐富, 價格低廉, 環境友好, 具有廣闊的市場應用前景.

目前, 鋰/硫電池還存在著以下問題亟待解決: (1) 硫單質電導率低, 不能滿足電動汽車動力電池大功率快速充放電的要求; (2) 鋰/硫電池在充放電過程中存在著穿梭效應, 即電池在循環過程中形成的多硫化物(Li2S4, Li2S6等)易溶入電解液中, 導致電極活性物質利用率降低, 同時多硫化物穿梭到負極后被還原形成Li2S不溶物, 覆蓋在金屬鋰負極表面, 導……