木质素基碳/硫纳米球复合材料作为高性能锂硫电池正极材料

编号：CYYJ03971

篇名：木质素基碳/硫纳米球复合材料作为高性能锂硫电池正极材料

作者：李顺 黄建国 何桂金

关键词： 锂硫电池 木质素 碳纳米球 正极材料 电化学性能

机构： 浙江农林大学化学与材料工程学院 浙江大学化学系

摘要： 锂硫电池(Li-S)以其理论容量高(1675mAh/g)、比能量密度高(2600Wh/kg)等优点，作为一种新型的储能装置而受到人们的广泛关注。然而，由于单质硫的电导率较低以及中间体多硫化物(Li2Sn，4≤ n ≤8)在放电/充电过程中的“穿梭效应”，导致活性硫的利用率降低，阴极材料的容量损失不可逆。因此，寻找一种具有成本效益、可循环利用和热稳定性的载体基质，对于提高元素硫的利用率和提高锂硫电池的电化学性能至关重要。本文以天然木质素为碳源，采用简易化学方法制备了三维多孔碳硫纳米复合材料。首先，以木质素磺酸钠为碳源，通过萃取和炭化制备了碳纳米球。然后，在熔融过程中将单质硫成功地浸渍到木质素基碳纳米球的孔隙中，制备了 LS-C/S 纳米球复合材料。采用含硫量为59.41% 的纳米复合材料作为锂硫电池正极材料，在0.1 C 的电流密度下，第一次放电容量为800.3 mAh/g，第一次充电容量为758.8 mAh/g，库仑效率为94.8% 。经过200次重复放电/充电循环，容量稳定在647.4 mAh/g，容量保持率为84.3% ，相当于每次循环平均容量损失0.0785% 。此外，经过多次高速放电/充电循环后，LS-C/S 纳米复合材料的比容量仍然恢复并稳定在620mAh/g，表现出良好的可逆速率能力。木质素基碳纳米球具有高比表面积和多孔结构，有效促进了 Li + 和 e-的迁移，抑制了多硫化锂的“穿梭效应”，改善了锂离子的迁移性能。