王 霞,刘彦吉,贾永锋,吉 磊,胡全丽,段莉梅,刘景海

(内蒙古自治区纳米碳材料重点实验室,内蒙古民族大学纳米创新研究院,化学与材料学院,通辽 028000)

锂硫电池是最具潜力的转换化学储能电池体系,在可穿戴电子设备、便携式通讯设备及新能源汽车等领域[1～3]具有广阔的应用前景.硫正极材料的理论比容量和能量密度分别为1675 mA·h/g 和2600 W·h/kg[4～7],且具有成本低廉、储量丰富、绿色环保等优点.然而,硫电极在实际应用中仍然面临着电导率低、体积膨胀大、多硫化物穿梭效应等问题,这导致硫利用率低、容量衰减快及库仑效率低.为了解决上述问题,研究人员在正极载体[8,9]、隔膜修饰[10,11]、电解液改良[12]和电池构造[13]等方面进行了探索,其中,发展轻质、多孔的导电纳米碳纤维[14]来固硫是一种有效的途径.同时,碳纤维具有可调控的孔结构、表面极性、缺陷、电子和离子传输等微结构和物化性能.

研究结果表明,N,O和B等非金属原子掺杂可有效提高碳材料的固硫效果,特别是N原子[1,15～19].Yang等[20]研究N掺杂多孔纳米碳纤维网发现,其提供了电子快速传输通道,发挥了有效的固硫作用,展现出优异的电化学性能; Qie等[1]发现KOH活化的多孔纳米碳纤维能够加快锂离子传输,增大电荷转移的有效界面; Zhou等[21]成功地将硫均匀分散于氮掺杂多孔纳米碳纤维网的微孔中,不仅容纳了循环中发生的体积膨胀,还有效抑制了多硫化物在电解液中的溶解.尽管作为硫正极载体的多孔纳米碳纤维提高了锂……