功能化碳管作为硫正极载体材料应用于锂硫电池中的研究进展

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金属基化合物在锂硫电池正极中的应用

金属基化合物在锂硫电池正极中的应用摘要：作为具有高比容量和能量密度的锂离子电池，锂硫电池存在导电率低、多硫化锂的穿梭效应等问题，本文总结了金属基化合物吸附、催化改善锂硫电池正极性能的几种材料：单原子过渡金属、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属硫化物、金属有机框架。

关键词：锂硫电池金属吸附催化Application of metal based materials for lithium-sulfur batteries cathodeAbstract: As lithium-ion battery with high specific capacity and energy density, lithium-sulfur batteries have problems such as low conductivity and the shuttle effect of lithium polysulfides. Thispaper summarizes several materials for the adsorption and catalysis of metal-based compounds to improve the cathode performance of lithium-sulfur batteries: Single-atom transition metals, metal oxides, metal carbides, metal nitrides, metal sulfides, metal-organic frameworks.Keywords: lithium-sulfurbattery metal adsorption catalysis锂硫电池由于具有较高的比容量和能量密度（分别为1675mAh g-1和 2670Wh kg-1）而受到关注，然而，锂硫电池的实际应用和商业化存在诸多障碍，包括硫和硫化锂的绝缘性、硫正极充放电过程中的体积变化、多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应和缓慢转化反应动力学等。

ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用研究

ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

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钴、氮共掺杂碳纳米复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用

第３４卷第５期２０２０年１０月　江苏科技大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ３４Ｎｏ５Ｏｃｔ．２０２０ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２０．０５．０１５钴、氮共掺杂碳纳米复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用陈　磊，张春洋，宋锦波，袁爱华（江苏科技大学环境与化学工程学院，镇江２１２１００）摘　要：随着能源短缺和环境污染等问题的日益严峻，寻找和开发创新型、高效、环保的电化学储能体系成为近年来的研究热点．与传统碳材料相比，钴基复合材料因具有优异的理论比容量、较好的导电性及稳定的机械特性，在储能领域得到了广泛应用．以Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ为前驱体，将ＳｉＯ２均匀地包覆在Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ表面，合成了具有核壳结构的Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２；在Ｎ２气氛下经高温碳化及后续刻蚀处理得到了钴、氮共掺杂碳纳米复合材料（Ｃｏ－Ｎ－Ｃ）．将其作为锂硫电池的正极材料，当载硫量为６０％时，在电流密度为０５Ｃ下，该电极材料充放电循环１００圈后可以达到５８３１ｍＡ·ｈ·ｇ－１的稳定容量，循环２００圈后放电容量仍可维持在５２２７ｍＡ·ｈ·ｇ－１．该复合材料较为突出的电化学性质可归因于高导电性的金属钴和氮原子的掺杂以及类似蛋黄壳的中空结构．关键词：钴基复合材料；金属有机骨架化合物；锂硫电池中图分类号：ＴＢ３４文献标志码：Ａ文章编号：１６７３－４８０７（２０２０）０５－０９８－０６收稿日期：２０１９－０７－１８修回日期：２０２０－０１－１７基金项目：国家自然科学基金青年资助项目（２１６０１０７０）作者简介：陈磊（１９８６—），男，副教授，研究方向为功能配合物的磁、电性能研究．Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｌｅｉ＠ｊｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ通信作者：袁爱华（１９６８—），女，教授，研究方向为纳米材料化学．Ｅｍａｉｌ：ａｉｈｕａ．ｙｕａｎ＠ｊｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ引文格式：陈磊，张春洋，宋锦波，等．钴、氮共掺杂碳纳米复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０２０，３４（５）：９８－１０３．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２０．０５．０１５．ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｂａｌｔａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｄｏｐｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｙＣＥＨＮＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＣｈｕｎｙａｎｇ，ＳＯＮＧＪｉｎｂｏ，ＹＵＡＮＡｉｈｕａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｓｅｖｅｒｅｅｎｅｒｇｙｓｈｏｒｔａｇｅａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｆｒｉｅｎｄｌｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓｈａｓｂｅｃｏｍｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｃｏｂａｌｔｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙ，ｇｏｏｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｔａｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｕｓｉｎｇＣｏ，Ｚｎ－ＺＩＦａｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒ，ｓｉｌｉｃａｗａｓｕｎｉｆｏｒｍｌｙｃｏａｔｅｄｏｎＣｏ，Ｚｎ－ＺＩＦｓｕｒｆａｃｅｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅＣｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２ｗｉｔｈｃｏｒｅｓｈｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｎａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｅｔｃｈｉｎｇ，ｃｏｂａｌｔａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｄｏｐｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（Ｃｏ－Ｎ－Ｃ）ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅｙａｒｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｉｆｔｈｅｓｕｌｆｕｒｌｏａｄｉｎｇｉｓ６０％，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｉｓ０．５Ｃ，ｔｈｅｓｔａｂｌｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｃａｎｒｅａｃｈ５８３１ｍＡ·ｈ·ｇ－１ａｆｔｅｒ１００ｃｙｃｌｅｓ，ａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙｃａｎｓｔｉｌｌｂｅｍａｉｎｔａｉｎｅｄａｔ５２２７ｍＡ·ｈ·ｇ－１ａｆｔｅｒ２００ｃｙｃｌｅｓ．Ｔｈｅｐｒｏｍｉｎｅｎｔｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｎｂｅａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｔｈｅｄｏｐｉｎｇｏｆｃｏｂａｌｔａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｏｍｓｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｔｈｅｈｏｌｌｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｙｏｌｋｓｈｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｂａｌｔｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ，ＭＯＦｓ，ｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｙ为了满足日益增长的能源需求和大型储能设备市场的应用，人们对长寿命、高能量密度的可充电锂离子电池（ＬＩＢｓ）提出了更高的要求．在各类可充电电池系统中，锂硫电池因其高理论容量（１６７５ｍＡ·ｈ·ｇ－１）和能量密度（２６００Ｗ·ｈ·ｋｇ－１）而备受关注［１］．在锂电池材料中，硫正极材料的含量丰富、成本低廉和环保型使ＬＩＢｓ在商业上具有更大的竞争力．但是，锂硫电池具有低实际容量、快速的容量衰减和低库仑效率等缺点．另外，硫及其放电产物的绝缘性会限制了硫的电化学利用，而且生成的中间多硫化物容易扩散到电解液中，导致绝缘性差以及较低的硫的利用率，从而在充放电过程中产生穿梭效应［２］．为了解决上述问题，国内外研究者采取了各种方法来减少穿梭效应，包括开发正极材料、电解质和保护阳极的思路，以提高锂电池的整体性能．目前最有前景的方法是将硫与各种多孔碳基质高效结合，包括微／介孔碳、多孔空心碳纳米球、碳纳米纤维／纳米管和石墨烯等．具有高表面积的多孔碳可以提供大的孔体积来封装硫和作为电子传输的导电网络将多硫化物中间产物困与孔内．文献［３］使用ＺＩＦ－８衍生的微孔碳多面体作为载硫基质，其初始容量高达１５００ｍＡ·ｈ·ｇ－１．文献［４］通过在氧化石墨烯上原位生长ＺＩＦ－８和ＺＩＦ－６７，在高温处理后形成氮掺杂多孔碳／石墨烯（ＮＰＣ／Ｇ）混合物．高导电石墨烯不仅提供了一个相互连接的导电框架，以促进快速的电子传输，而且作为一个建筑单元以支撑金属有机骨架材料（ＭＯＦ）衍生的碳．由于多孔碳具有丰富的孔结构和氮掺杂特性，使其对多硫化物具有物理限制和化学吸附两种性质．将其作为锂硫电池正极材料，循环超过３００次仍能维持良好的稳定性，比容量高达１３７２ｍＡ·ｈ·ｇ－１，说明ＭＯＦ衍生碳材料和石墨烯复合结构的设计可以提高锂硫电池的电性能．最近有报道称，导电金属具有高效的聚硫介质，能够影响表面聚硫穿梭过程，从而增强氧化还原化活性．因此当导电金属被用于锂硫电池时具有较好的循环稳定性．文献［５］合成了一种含有钴和氮掺杂石墨碳的ＺＩＦ－６７衍生硫宿主，作为高效基质来截存多硫化物，在大电流下５００圈循环后仍具有良好的循环稳定性．文献［６］通过回流法制备了新型双金属Ｚｎ，Ｃｏ－ＭＯＦ－５，将其碳化转化为具有较大表面积的钴＠石墨碳多孔复合材料（Ｃｏ＠ＧＣ－ＰＣ）．Ｃｏ＠ＧＣ－ＰＣ具有较大的表面积和足够的介孔，使其能够吸附多硫化物，而电子传导则来源于分布良好的钴和石墨碳．密度泛函理论计算也进一步表明，钴单质促进了硫化物的分解．当其作为硫的载体时，在０２Ｃ（１Ｃ＝１６７５ｍＡ·ｈ·ｇ－１）的电流密度下，经过２２０圈循环后仍能维持高可逆容量（７９０ｍＡ·ｈ·ｇ－１）．文中利用Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ前驱体和二氧化硅保护煅烧策略合成了钴、氮共掺杂碳纳米复合材料（Ｃｏ－Ｎ－Ｃ）．在合成的过程中（图１），先将Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ前驱体表面包覆二氧化硅后再进行高温热解，在氮气氛围下高温（９００℃）碳化处理，单质锌将随之挥发．同时，其包覆ＭＯＦ的方法可以有效防止高温条件下产物的聚集．最后，通过氢氟酸刻蚀表面的二氧化硅和裸露在外面未被保护的钴单质，进而制备Ｃｏ－Ｎ－Ｃ并将该材料作为硫的载体．Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的复合物在应用为锂硫电池的正极材料时，显示出优异的电化学性能．图１　基于ＳｉＯ２保护煅烧策略的Ｃｏ－Ｎ－Ｃ合成示意Ｆｉｇ．１　ＳｙｎｔｈｅｔｉｃｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｔｈｅＣｏ－Ｎ－ＣｂｙｔｈｅＳｉＯ２－ｐｒｏｔｅｃｔｅｄｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙ１　实验１１　试剂硝酸钴，硝酸锌，２－甲基咪唑，无水甲醇，十六烷基三甲基溴化铵，硅酸四乙酯（上海萨恩化学技术有限公司，分析纯）；氢氧化钠，氢氟酸，无水乙醇（国药集团有限公司，分析纯）；聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）；双三氟甲基磺酸亚酰胺锂（ＬｉＴＦＳＩ）；去离子水．１２　材料制备１２１　Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ的合成将１６ｍｍｏｌ的Ｃｏ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ和１６ｍｍｏｌ的Ｚｎ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ溶解在２００ｍＬ的无水甲醇中，将１２８ｍｍｏｌ的２－甲基咪唑溶解于２００ｍＬ的无水甲醇中，分别搅拌３０ｍｉｎ．然后将金属盐溶液缓慢添加到２－甲基咪唑溶液中，室温搅拌４ｈ．通过离心收集产物并用无水甲醇清洗．１２２　Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２的合成将所得样品（３００ｍｇ）超声分散在１２０ｍＬ的Ｈ２Ｏ中，搅拌３０ｍｉｎ后加入７５ｍｇ的十六烷基三甲基溴化铵和３０ｍｇ的氢氧化钠．然后继续搅拌３０ｍｉｎ，将０６ｍＬ的硅酸四乙酯逐滴加入上述溶液中，反应１ｈ后迅速离心．产物用水和无水乙醇９９第５期陈磊，等：钴、氮共掺杂碳纳米复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用分别清洗３次．１２３　Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的合成将干燥好的样品置于管式炉中，在氮气氛围下，以１℃／ｍｉｎ的加热速率缓慢升至９００℃并维持４ｈ．将所得到的黑色产物Ｃｏ－Ｎ－Ｃ＠ＳｉＯ２超声分散在氢氟酸（５％）的水溶液中刻蚀６ｈ，用来去除二氧化硅以及表面未被保护的钴单质．用大量的水和无水乙醇润洗Ｃｏ－Ｎ－Ｃ，抽滤至中性，烘干待用．１２４　Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的合成将Ｃｏ－Ｎ－Ｃ与硫单质按质量比４∶６进行混合，在玛瑙研钵中充分研磨３０ｍｉｎ使其混合均匀，然后转移至密闭的小瓶中１５５℃加热１２ｈ，获得Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ．１３　材料表征采用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ，Ｃｕ靶（λ＝１５４１８），Ｕ＝４０ｋＶ，Ｉ＝３０ｍＡ）测定产物的物质结构，扫描角度为１０～８０°之间，扫率为５°／ｍｉｎ．用场发射扫描电子显微镜（ＳＥＭ）和透射电子显微镜（ＴＥＭ）分别观察表面形貌和微观结构．Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）用来分析样品组成和价态结构．使用热重分析仪器（ＴＧ）分析产物的热分解行为，测试温度为室温～６００℃之间，升温速度１０℃／ｍｉｎ，在氮气氛围下进行．１４　电化学性能测试将Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ样品与科琴黑和ＰＶＤＦ在８∶１∶１的质量比混合均匀，与Ｎ－甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ）为分散剂，混合成粘度适当的浆料．随后把浆料均匀的涂在铝箔上，并在真空干燥箱中５５℃下干燥．利用打孔机将铝箔裁成圆片电极（＝１２ｍｍ），组装成纽扣式半电池，该半电池组装在充满氩气的手套箱中，水和氧浓度均低于１×１０－６．以金属锂作为对电极，Ｃｅｌｇａｒｄ２４００薄膜作为隔膜，电解液由１０ｍｏｌ／ＬＬｉＴＦＳＩ的乙二醇二甲醚（ＤＭＥ）和１，３－二氧戊环（ＤＯＬ）溶液组成（体积比为１∶１，其中含有０２％的添加剂ＬｉＮＯ３）．将组装完的电池静置１６ｈ后待测，在１７～２８Ｖ（相对于Ｌｉ／Ｌｉ＋）的电压范围内，通过蓝电测试系统（ＬＡＮＤＣＴ－２００１Ａ）进行恒流充放电测试．所有的容量都是根据正极材料的硫质量来计算．２　结果与讨论２１　Ｃｏ－Ｎ－Ｃ和Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的物相与结构分析图２为Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ和Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２的ＸＲＤ图谱．Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ的特征峰比较尖锐，表明成功合成了高结晶度的ＭＯＦ，与文献［７］报道的图谱相吻合．经过正硅酸四乙酯在碱性条件下的水解缩合，由图可以看出包覆完二氧化硅后的ＸＲＤ图仍呈现的是Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ的衍射峰，这主要是由于二氧化硅是无定型材料．图３为单质硫、Ｃｏ－Ｎ－Ｃ以及Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的ＸＲＤ图谱．Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的衍射峰在２θ＝２６°和４５°处有两个明显的宽峰，对应于石墨碳的（００２）和（１００）晶面［８］．Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ和单质硫具有相同的物相，复合物中所有的衍射峰与单质硫粉的衍射峰相匹配．图２　Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ与Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２的ＸＲＤ图谱Ｆｉｇ．２　ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＣｏ，Ｚｎ－ＺＩＦａｎｄＣｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２图３　单质硫粉、Ｃｏ－Ｎ－Ｃ以及Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的ＸＲＤ图谱Ｆｉｇ．３　ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｕｌｆｕｒ，Ｃｏ－Ｎ－ＣａｎｄＳ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ图４为所制备样品的扫描电镜和透射电镜图片以及元素分析．图４　样品的扫描电镜和透射电镜图片以及元素分析Ｆｉｇ．４　ＳＥＭａｎｄＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓａｎｄｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔａｌｍａｐｐｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＳ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ如图４（ａ）中，Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ显示出均匀的菱形多面体形貌和光滑的颗粒表面．从透射图片（图４（ｂ））可以看出其平均尺寸约为１００ｎｍ．通过二氧００１江苏科技大学学报（自然科学版）２０２０年化硅的包覆之后，Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２没有发生结构的变化，仍然维持着原有的颗粒感，显示出核壳结构且表面趋于球形形貌，外壳的厚度约为１０ｎｍ（图４（ｃ）、（ｄ）和（ｆ））．随后在惰性气体下高温碳化和刻蚀后将Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ＠ＳｉＯ２转化为Ｃｏ－Ｎ－Ｃ，由图４（ｅ）的扫描图片可以看出前驱体经过煅烧处理以及除去二氧化硅后保持着较好的分散性且大小均一．从图４（ｆ）的透射电镜图像可以看出Ｃｏ－Ｎ－Ｃ仍保持完整的Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ骨架结构．值得注意的是该材料转化为类似蛋黄壳结构，这种中空结构更有利于较大的体积进行载硫，其平均粒径约为１００ｎｍ．图４（ｇ）是Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的元素分布图，从图中可以看出该样品均匀分布着Ｃ、Ｃｏ、Ｎ、Ｓ４种元素，进一步证实成功制备了该复合材料．利用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）分析了Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的表面化学组成．从全谱图中（图５（ａ））表明主要元素为钴、氧、氮、碳、硫．钴的特征峰并不是很清晰，这是由于大部分钴都处于碳基体的内部且含量较少．Ｃｏ２ｐ的精细谱中位于７８０８ｅＶ和７９５９ｅＶ处的两个特征峰归因于金属钴［９］，如图５（ｂ）．图５（ｃ）中Ｎ１ｓ的精细谱可分成３个组分，包括吡啶氮（３９８５ｅＶ）、吡咯氮（４０００ｅＶ）、石墨化氮（４００７ｅＶ），其中吡咯型氮和吡啶型氮主要的作用来束缚多硫化锂来减小穿梭效应，进而提高锂硫电池的性能［１０］．Ｓ２ｐ通过分峰拟合可以分成３个峰（图５（ｄ）），Ｓ２ｐ３／２和Ｓ２ｐ１／２的组分与Ｓ－Ｓ物种的存在有关，它们的结合能分别为１６３８ｅＶ和１６５０ｅＶ．１６８６ｅＶ处出现的宽峰与硫酸盐物种有关［１１－１２］．图５　Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ的ＸＰＳ图谱Ｆｉｇ．５　ＸＰＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅＳ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ图６为Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ复合材料在氮气氛围下，以１０℃／ｍｉｎ的加热速率下所测试的热重曲线．从图可以看出在１５０～２８０℃之间有着明显的质量损失，这主要归因于大孔和表面硫的蒸发．在２８０～４００℃之间也有较小的质量损失平台，这主要是由于内部或者较小孔内硫分子的蒸发．数据结果进一步表明其载硫量为６０％［１３］．图６　Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ复合材料的热重曲线Ｆｉｇ．６　ＴＧＡｃｕｒｖｅｏｆＳ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ２２　电化学性能分析将Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ复合材料作为锂硫电池的正极材料，平均载硫量为１２ｍｇ·ｃｍ－２，组装成纽扣式半电池对其进行相应的电化学性能测试，如图７．图７　Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ复合材料的电化学性能Ｆｉｇ．７　ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｆＳ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ１０１第５期陈磊，等：钴、氮共掺杂碳纳米复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用图７（ａ）为电压区间在１７～２８Ｖ，电流密度为０５Ｃ（１Ｃ＝１６７５ｍＡ·ｈ·ｇ－１）时，电极材料的循环性能图．结果表明，Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ展现了优异的循环稳定性，当其载硫量为６０％时，该正极材料可提供高达８０３９ｍＡ·ｈ＠ｇ－１的初始可逆容量，１００圈充放电循环之后仍能维持５８３１ｍＡ·ｈ·ｇ－１的稳定容量，循环２００圈后放电比容量可以达到５２２７ｍＡ·ｈ·ｇ－１．该正极材料的每圈容量衰减在０１７％左右，可逆容量不可避免的衰减主要是由于穿梭效应．为了进一步评估该电极材料的电化学性能，也对其在不同电流密度下进行了倍率性能的测试（图７（ｂ））．Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ在０１Ｃ的电流密度下可提供高达１２６５７ｍＡ·ｈ·ｇ－１的放电比容量，第二圈略有下降至１０７２５ｍＡ·ｈ·ｇ－１．在电流密度增加至０２Ｃ、０５Ｃ、１０Ｃ、２０Ｃ时，电极材料的可逆容量分别为８０４２ｍＡ·ｈ·ｇ－１、６９３５ｍＡ·ｈ·ｇ－１、６０１５ｍＡ·ｈ·ｇ－１、５２５５ｍＡ·ｈ·ｇ－１．当电流密度降至０２Ｃ下，循环５０圈后，其放电比容量可恢复至７８７７ｍＡ·ｈ·ｇ－１．从结果可以发现该材料在不同电流密度下均表现出良好的电化学稳定性．图７（ｃ）是电压窗口为１７～２８Ｖ，大电流密度为０５Ｃ时，前三圈的充放电曲线图，用来分析该正极材料在充放电过程的电化学反应．首圈充放电时放电平台与后两圈的平台存在较大的差异，这是在第一次充放电过程中正极材料存在比较大的极化现象，之后的两圈充放电时极化反应减小，可以看到随后两圈的放电曲线也恢复至正常的平台．第二圈的放电曲线显示出典型的两个平台，分别处于２３Ｖ和２１Ｖ［１４］．在２３Ｖ的电压平台与Ｓ８向可溶性长链多硫化物（Ｌｉ２Ｓｎ，４≤ｎ≤８）的转变有关，而在２１Ｖ的电压平台则与可溶性长链Ｌｉ２Ｓｎ进一步还原为不溶性短链多硫化物（Ｌｉ２Ｓｎ，ｎ＜４）相对应［１５－１６］．另外，第二圈充电曲线平台与上述相反的形式有关，代表着多硫化物向硫转变的过程［１７］．尽管在０５Ｃ的大电流密度下，第二圈和第三圈的充放电曲线较好的重合且平台清晰可见，说明该材料的优异循环稳定性［１８］．锂硫电池中低的硫含量会展现出较高的放电比容量，然而极片的载硫量小于２ｍｇ／ｃｍ２会降低其实际能量密度［１９］．考虑到高面积容量对于锂硫电池实际应用的重要性，文中也探究了高载硫量电极的循环性能，如图８．将Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ材料涂覆成厚膜电极（载硫量约２４ｍｇ／ｃｍ２），在０１Ｃ电流密度下循环１００圈后其放电比容量为３５０４ｍＡ·ｈ·ｇ－１，将电流密度增至０２Ｃ再循环１００圈后放电比容量仍能达到２７８４ｍＡ·ｈ·ｇ－１．Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ正极材料的优良电化学性能主要是由于其特殊的组分和结构．首先，嵌入的钴纳米粒子提供了吸附多硫化物的强相互作用，可大大提高多硫化物的氧化还原反应动力学．其次，类似蛋黄壳的中空结构对于硫的大装载率的包封和物理约束很有效．最后，氮掺杂碳具有高导电性，能够高效的束缚多硫化锂的溶出，减小穿梭效应，从而提高硫的利用率，进一步稳定锂硫电池的电化学循环性能和高比容量．图８　在０１Ｃ和０２Ｃ的电流密度下，载硫量为２４ｍｇ／ｃｍ２的循环性能Ｆｉｇ．８　Ｃｙｃｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ２４ｍｇ／ｃｍ２ｓｕｌｆｕｒｌｏａｄｉｎｇａｔｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆ０１Ｃａｎｄ０２Ｃ３　结论以双金属Ｃｏ，Ｚｎ－ＺＩＦ为前驱体，通过高温碳化和刻蚀工艺合成了类似蛋黄壳中空结构的Ｃｏ－Ｎ－Ｃ复合材料．将其作为高性能锂硫电池载硫体，Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ由于合理的纳米结构和组分，具有很高的可逆比容量，良好的倍率性能和超长的循环稳定性．值得注意的是，Ｓ／Ｃｏ－Ｎ－Ｃ正极材料（高面积载硫量为２４ｍｇ·ｃｍ－２）在２００圈后仍显示出稳定的循环性能．在该工作中，金属源和氮掺杂的碳材料有利于提高复合材料的导电性，而中空的结构则有利于存储单质硫和缓冲体积的膨胀，为获得高性能锂硫电池提供了新的思路．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］　ＬＩＺｈｅｎ，ＺＨＡＮＧＪｉｎｔａｏ，ＧＵＡＮＢｕｙｕａｎ，ｅｔａｌ．Ａｓｕｌｆｕｒｈｏｓｔｂａｓｅｄｏｎｔｉｔａｎｉｕｍｍｏｎｏｘｉｄｅ＠ｃａｒｂｏｎｈｏｌｌｏｗｓｐｈｅｒｅｓｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１６（７）：１３０６５－１３０７６．ＤＯＩ：１０．１０３８／ｎｃｏｍｍｓ１３０６５．［２］　ＢＡＯＷＺ，ＬＩＵＬ，ＷＡＮＧＣＹ，ｅｔａｌ．Ｆａｃｉｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃｒｕｍｐｌｅｄｎｉｔｒｏｇｅｎｄｏｐｅｄｍｘｅｎｅｎａｎｏｓｈｅｅｔｓａｓａｎｅｗｓｕｌｆｕｒｈｏｓｔｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ａｄ２０１江苏科技大学学报（自然科学版）２０２０年ｖａｎｃｅｄＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１８，８（１３）：１７０２４８５．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｅｎｍ．２０１７０２４８５．［３］　ＬＩＸＸ，ＺＨＥＮＧＳＳ，ＪＩＮＬ，ｅｔａｌ．Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｄｅｒｉｖｅｄｃａｒｂｏｎｓｆｏｒｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１８，８（２３）：１８００７１６．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｅｎｍ．２０１８００７１６．［４］　ＣＨＥＮＫ，ＳＵＮＺＨ，ＦＡＮＧＲＰ，ｅｔａｌ．ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋｓ（ＭＯＦｓ）ｄｅｒｉｖｅｄｎｉｔｒｏｇｅｎｄｏｐｅｄｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎａｎｃｈｏｒｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅｗｉｔｈｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｆｆｅｃｔｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１８，２８（３８）：１７０７５９２．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｄｆｍ．２０１７０７５９２．［５］　ＬＩＹＪ，ＦＡＮＪＭ，ＺＨＥＮＧＭＳ，ｅｔａｌ．ＡｎｏｖｅｌｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｆｆｅｃｔｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＬｉ－Ｓｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６，９（６）：１９９８－２００４．ＤＯＩ：１０．１０３９／Ｃ６ＥＥ００１０４Ａ．［６］　ＬＵＹＱ，ＷＵＹＪ，ＳＨＥＮＧＴ，ｅｔａｌ．ＮｏｖｅｌｓｕｌｆｕｒｈｏｓｔｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｃｏｂａｌｔａｎｄｐｏｒｏｕｓｇｒａｐｈｉｔｉｃｃａｒｂｏｎｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍＭＯＦｓｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＬｉ－Ｓｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１８，１０（１６）：１３４９９－１３５０８．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓａｍｉ．８ｂ００９１５．［７］　ＳＨＡＮＧＬ，ＹＵＨＪ，ＨＵＡＮＧＸ，ｅｔａｌ．ＷｅｌｌｄｉｓｐｅｒｓｅｄＺＩＦｄｅｒｉｖｅｄＣｏ，Ｎ－Ｃｏ－ｄｏｐｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｒａｍｅｓｔｈｒｏｕｇｈｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃａｐｒｏｔｅｃｔｅｄｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎａｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｘｙｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１６，２８（８）：１６６８－１６７４．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｄｍａ．２０１５０５０４５．［８］　ＬＩＪ，ＣＨＥＮＣ，ＱＩＮＦＲ，ｅｔａｌ．ＭｅｓｏｐｏｒｏｕｓＣｏ－Ｎ－Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｓａｓｕｌｆｕｒｈｏｓｔｆｏｒｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌｏｎｇｌｉｆｅｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２０１８，５３（１８）：１３１４３－１３１５５．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ１０８５３－０１８－２５６６－ｚ．［９］　ＢＡＩＱ，ＳＨＥＮＦＣ，ＬＩＳＬ，ｅｔａｌ．Ｃｏｂａｌｔ＠Ｎｉｔｒｏｇｅｎｄｏｐｅｄｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｆｉｂｅｒｏｆｂｉｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｈｉｇｈｌｙａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳｍａｌｌＭｅｔｈｏｄｓ，２０１８，２（１２）：１８０００４９．ＤＯＩ：１０．１００２／ｓｍｔｄ．２０１８０００４９．［１０］　ＣＨＥＮＧＸＬ，ＬＩＤＪ，ＬＩＵＦＦ，ｅｔａｌ．ＢｉｎｄｉｎｇｎａｎｏｓｉｚｅｄｃｏｂａｌｔｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅｓｉｎＢ，Ｎｃｏｄｏｐｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｆｏｒｅｎｈａｎｃｅｄｓｏｄｉｕｍｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＳｍａｌｌＭｅｔｈｏｄｓ，２０１８，３（４）：１８００１７０．ＤＯＩ：１０．１００２／ｓｍｔｄ．２０１８００１７０．［１１］　ＺＨＡＮＧＪＨ，ＨＵＡＮＧＭ，ＸＩＢＪ，ｅｔａｌ．Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｔｕｄｙｏｆｅｆｆｅｃｔｏｎｅｎｈａｎｃｉｎｇｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１８，８（２）：１７０１３３０．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｅｎｍ．２０１７０１３３０．［１２］　ＣＨＥＮＴ，ＣＨＥＮＧＢＲ，ＺＨＵＧＹ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｔｅｎｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｓｕｌｆｉｄｅｓｉｎ“ｓｅａｕｒｃｈｉｎ” ｌｉｋｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ／ｎａｎｏｐｏｌｙｈｅｄｒａｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｓｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｕｌｔｒａｌｏｎｇｌｉｆｅｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＮａｎｏＬｅｔｔｅｒｓ，２０１７，１７（１）：４３７－４４４．ＤＯＩ：１０．１０２１／ａｃｓ．ｎａｎｏｌｅｔｔ．６ｂ０４４３３．［１３］　ＹＥＣ，ＺＨＡＮＧＬ，ＧＵＯＣＸ，ｅｔａｌ．Ａ３Ｄｈｙｂｒｉｄｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｃｏｕｐｌｅｄｎｉｃｋｅｌｓｕｌｆｉｄｅａｎｄｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｐｈｅｒｅｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，２７（３３）：１７０２５２４．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｄｆｍ．２０１７０２５２４．［１４］　ＪＩＡＮＧＨＱ，ＬＩＵＸＣ，ＷＵＹＳ，ｅｔａｌ．ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋｓｆｏｒｈｉｇｈｃｈａｒｇｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｒａｔｅｓｉｎｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｄｉｔｉｏｎ，２０１８，５７（１５）：３９１６－３９２１．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｎｉｅ．２０１７１２８７２．［１５］　ＭＡＮＯＪＭ，ＪＡＳＮＡＭ，ＡＮＩＬＫＵＭＡＲＫＭ，ｅｔａｌ．Ｓｕｌｆｕｒｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅｃｏａｔｅｄｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｓａｓｕｐｅｒｉｏｒｃａｔｈｏｄｅａｓｓｅｍｂｌｙｆｏｒｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１８，４５８：７５１－７６１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ａｐｓｕｓｃ．２０１８．０７．１１３．［１６］　ＱＵＹＨ，ＺＨＡＮＧＺＡ，ＷＡＮＧＸＷ，ｅｔａｌ．ＡｓｉｍｐｌｅＳＤＳａｓｓｉｓｔｅｄｓｅｌｆａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓｔｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｓｕｌｆｕｒｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡ，２０１３，１（４５）：１４３０６－１４３１０．ＤＯＩ：１０．１０３９／Ｃ３ＴＡ１３３０６Ｋ．［１７］　ＺＨＡＮＧＪＴ，ＬＩＺ，ＣＨＥＮＹ，ｅｔａｌ．Ｎｉｃｋｅｌｉｒｏｎｌａｙｅｒｅｄｄｏｕｂｌｅｈｙｄｒｏｘｉｄｅｈｏｌｌｏｗｐｏｌｙｈｅｄｒｏｎｓａｓａｓｕｐｅｒｉｏｒｓｕｌｆｕｒｈｏｓｔｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＡｎｇｅｗＣｈｅｍＩｎｔＥｄＥｎｇｌ，２０１８，５７（３４）：１０９４４－１０９４８．ＤＯＩ：１０．１００２／ａｎｉｅ．２０１８０５９７２．［１８］　ＣＨＥＮＴ，ＺＨＡＮＧＺＷ，ＣＨＥＮＧＢＲ，ｅｔａｌ．ＳｅｌｆｔｅｍｐｌａｔｅｄｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｌａｃｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｔｈｒｅａｄｅｄｈｏｌｌｏｗＣｏ３Ｓ４ｎａｎｏｂｏｘｅｓｆｏｒｈｉｇｈｒａｔｅａｎｄｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｔｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１７，１３９（３６）：１２７１０－１２７１５．ＤＯＩ：１０．１０２１／ｊａｃｓ．７ｂ０６９７３．［１９］　ＨＥＪＲ，ＣＨＥＮＹＦ，ＭＡＮＴＨＩＲＡＭＡ．ＭＯＦｄｅｒｉｖｅｄｃｏｂａｌｔｓｕｌｆｉｄｅｇｒｏｗｎｏｎ３Ｄｇｒａｐｈｅｎｅｆｏａｍａｓａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｕｌｆｕｒｈｏｓｔｆｏｒｌｏｎｇｌｉｆｅｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１８，４：３６－４３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｉｓｃｉ．２０１８．０５．００５．（责任编辑：顾琳）３０１第５期陈磊，等：钴、氮共掺杂碳纳米复合材料的制备及其在锂硫电池中的应用。

锂硫电池概述

锂硫电池概述锂硫电池（LSBs）是一种以硫为正极活性物质，金属锂为负极的新型二次电池。

受益于硫相态变化的多电子反应，锂硫电池拥有高达1675mAhg-1和2600Whkg-1的理论比容量和比能量，相当于商用锂离子电池数倍，并且硫储量丰富、价格低、环境友好，因而锂硫电池被认为是极具开发潜力和应用前景的新一代二次电池技术。

一、锂硫电池的结构锂硫电池主要由硫正极、锂负极、隔膜和电解质等组成。

硫正极是由活性物质硫与导电剂及粘结剂等按照一定比例均匀混合制备而成；锂负极为普通商用锂片；正负极之间放置隔膜，隔膜材质为聚合物且具有多孔隙、不导电的特点，目的是选择性通过离子而隔绝电子；电解液为含硝酸锂的非水类电解液体系，为锂硫电池内部氧化还原反应提供液态环境。

下图展示了锂硫电池的结构。

二、锂硫电池的储能机理LSBs的工作原理是单质硫与锂离子之间发生的可逆氧化还原反应。

放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化锂，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。

在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。

图1.2为电池充放电过程单质硫的可逆转化示意图，其中放电时大致包括以下反应过程：正极反应：图 1.2可以看出，放电曲线有两个较为明显的平台，分别位于2.4-2.1V和2.1-1.5V。

放电前，正极活性硫的初始状态为环形分子（S8），放电开始后，S8分子发生开环反应并与锂离子结合生成Li2S8分子（式1-1），随着反应的进行，Li2S8进一步与锂离子结合生成长链多硫化锂Li2S6和Li2S4（式1-2和1-3），这一过程对应位于2.4-2.1V的第一放电平台；长链多硫化锂在有机电解液中溶解并在隔膜两侧扩散迁移，随着电化学反应的继续进行，长链多硫化锂在反应过程中得到电子被还原为短链多硫化锂（Li2S2和Li2S）（式1-4和1-5），这个反应过程在放电曲线中对应于第二个较长的平台（2.1-1.5V附近），这一过程贡献了LSBs大部分的理论容量，因此第二平台的反应深度很大程度上决定了LSBs的性能。

锂硫电池正极研究现状与趋势

第37卷第1期湖南理工学院学报(自然科学版)V ol. 37 No. 1 2024年3月 Journal of Hunan Institute of Science and Technology (Natural Sciences) Mar. 2024锂硫电池正极研究现状与趋势陈梁1, 胡利英1, 周广峰1, 杨岚云1, 徐晨曦2(1. 湖南理工学院化学化工学院, 湖南岳阳 414006;2. 中南林业科技大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410004)摘要:为深入了解并跟踪锂硫电池正极发展动态, 以Web of Science为数据源, 采用可视化软件CiteSpace, 从年发文量、作者、研究地域、研究机构、研究热点等方面对锂硫电池正极领域进行可视化文献分析, 并绘制相应的知识图谱. 基于大量文献调研分析, 得到如下结论: (1)锂硫电池正极研究经历1978—2009年、2010—2013年和2014—2021年三个阶段, 该领域的研究在世界范围内正受到极大关注, 并且在未来几年仍属于热门研究方向; (2)锂硫电池正极属于多学科交叉领域, 中国在该领域深耕多年, 形成一批具有较高学术影响力的研究机构和学者, 已成为该领域的核心主导力量; (3)未来有关锂硫电池正极的研究主要集中在复合型正极的构建、特殊形貌(如核壳形貌)的设计、材料改性新技术(如原子层沉积)的开发等方面, 并努力实现锂硫电池正极倍率性能和面容量的大幅提升.关键词:锂硫电池; 正极; CiteSpace中图分类号: O646 文章编号: 1672-5298(2024)01-0046-06The Research Status and Trend ofLithium-sulfur Battery CathodesCHEN Liang1, HU Liying1, ZHOU Guangfeng1, YANG Lanyun1, XU Chenxi2(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China;2. College of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)Abstract:To grasp the research status of lithium-sulfur battery cathodes, CiteSpace visualized software was employed to analyze the published documents on lithium-sulfur battery cathodes from the perspective of annual publications, authors, research regions, research institutions and research highlights by using Web of Science as the database, and the corresponding knowledge map was drawn. According to the investigation and analysis of a large amount of documents, the following conclusions can be reached: (1) The development of lithium-sulfur battery cathodes experiences three different stages (from 1978 to 2009, from 2010 to 2013 and from 2014 to 2021). The related research is attracting worldwide attentions and will become the hot direction in the next few years. (2) The research on lithium-sulfur battery cathodes belongs to multidisciplinary direction. China has been investigating this field for a long time and cultivated a group of research institutions and scholars with high academic impact, thus determining its leading role in this field. (3) The future research on lithium-sulfur battery cathodes mostly focuses on the construction of hybrid cathode, design of special morphology (such as core-shell structure), new material modification technology (such as atomic layer deposition) and so on, and is striving to greatly promote the rate performance and areal capacity of lithium-sulfur battery cathodes.Key words:lithium-sulfur battery; cathodes; CiteSpace0 引言为实现“碳达峰、碳中和”发展目标, 国家大力发展新能源汽车产业. 在众多能源存储与转换装置中[1], 锂硫电池因理论能量密度高(约2600 W·h·kg−1)、硫资源丰富、成本低廉等众多优点, 被视为新能源汽车的潜在理想动力源.通常, 锂硫电池由正极、负极、隔膜和电解液四部分构成. 其中, 正极作为锂硫电池的核心组件, 其性能是影响整个电池高效运行的关键. 锂硫电池正极的实际应用仍面临三大挑战[2]: (1)活性物质硫导电性极差, 易产生严重的电极极化现象; (2)充放电过程中多硫化物中间体发生“穿梭效应”, 造成活性物质的不可逆损失; (3)充放电过程中出现明显的体积效应, 影响电池的循环寿命.收稿日期: 2022-12-09基金项目: 湖南省自科基金优青项目(2024JJ4022); 湖南省自科基金面上项目(2023JJ30277); 湖南省普通高校青年骨干教师培养计划项目(湘教通[2023]318号)作者简介: 陈梁, 男, 博士, 副教授. 主要研究方向: 新能源材料第1期陈梁, 等: 锂硫电池正极研究现状与趋势 47为解决上述问题, 科学家们展开了一系列探索, 以期改善锂硫电池正极的电化学性能[3]. 其中, 最有效的手段是设计并构建合适的正极硫载体. 按照硫载体的不同物化特性, 通常可将硫载体分为三类: (1)过渡金属化合物, 如金属氧化物、金属硫化物等. 将过渡金属化合物进行纳米化, 不仅能够有效分散硫粒子, 提高活性物质的利用率, 还可借助其对多硫化物的吸附特性, 大幅缓解多硫化物的“穿梭效应”. (2)碳材料, 如碳纳米管、石墨烯等. 碳材料因其种类多样、导电性优异、成本低廉、孔径丰富且物化性质可调等优点, 成为理想硫载体的首选. (3)导电聚合物, 如聚吡咯、聚苯胺等. 将导电聚合物用作硫正极载体, 不仅便于硫粒子分散, 提高硫正极导电性, 还可借助其表面丰富的极性基团吸附多硫化物, 削弱“穿梭效应”, 进而改善硫正极的电化学性能.目前, 有关锂硫电池正极的研究如火如荼, 并取得了重大进展, 但锂硫电池的商用仍需克服众多困难. 学习并了解锂硫电池正极的发展历程、研究现状以及未来趋势, 对于掌握锂硫电池的前沿动态, 并推进其大规模商用具有重要的指导和借鉴意义. CiteSpace 作为一款知识图谱可视化文献计量软件, 因其操作简单、分析能力强大等特点, 备受广大研究者青睐. 基于此, 本文采用CiteSpace 软件, 并以Web of Science 为数据源, 对已有的锂硫电池正极相关文献进行系统归纳、分类, 并从发表年限、作者、研究地域、研究机构、学科领域、研究热点等方面进行全方位综合分析, 获得相应的可视化知识图谱, 以期为广大研究者学习和了解该领域相关知识提供数据源, 也为该领域的发展走势提供参考.1 结果与分析采用Web of Science 数据库为检索源, 按照检索式“(TS=(“lithium sulfur batter”))AND((TS=(“cathode”)) OR(TS=(“positive electrode”))”进行检索. 检索文献类型选择article 和review, 检索文献发表时间设定在1978—2021年. 通过系统检索, 初步获得5548篇文献, 同时采用CiteSpace 5.8 R3(64bit)软件对所获文献进行筛选去重, 最终确定待分析文献5520篇. 1.1 发展历程分析首先, 对所发表文献数量随时间的变化情况进行统计分析(图1), 可直观反馈锂硫电池正极的发展历程. 基于分析结果, 可将1978—2021年划分为三个阶段: (1)初步探索阶段(1978—2009年). 此阶段与锂硫电池正极相关的文献仅有33篇, 文献发表年份零散无序, 且只有较少的科研人员开展相关研究, 该领域研究发展迟缓. (2)基础研究阶段(2010—2013年). 此阶段与锂硫电池正极相关的文献总计263篇, 年均发文量逐步上升, 表明该领域不断受到广大研究者的关注, 发展势头良好. (3)飞速发展阶段(2014—2021年). 自2014年开始, 锂硫电池正极领域的年均发文量呈爆炸式增长, 且增幅逐年增加. 此阶段发文量总计5224篇, 说明该领域研究已进入飞速发展阶段, 可预测未来几年锂硫电池正极仍是热门研究方向. 1.2 作者合作关系分析图2为三个不同发展阶段所发表文献的作者合作关系图谱. 图中不同作者之间的连线表示其合作关系情况, 连线颜色越深, 表明作者合作越密切; 连线间的节点大小则与作者发表的文献数量呈正相关关系, 节点越大, 表明作者发表的文献数量越多.图1 1978—2021年发表文献数量随时间的变化分布48 湖南理工学院学报(自然科学版) 第37卷图2 第一阶段(a)、第二阶段(b)和第三阶段(c)锂硫电池正极领域发表文献的作者合作关系图谱由图2(a)可知, 第一阶段作者之间的合作较少, 几乎呈“单打”模式; 稀疏弱小的节点也表现出作者所发表的文献数量微乎其微. 该阶段的研究主要集中在探究硫正极的氧化还原反应历程[4]和电池容量衰减机制[5]. 与第一阶段相比, 第二阶段[图2(b)]节点明显增多、变大, 表明此阶段发表文献的作者逐渐增多, 作者之间的相互合作逐渐增强, 相关领域的学术成果逐渐丰富. 该阶段尝试提出将硫单质与导电聚合物等复合[6]、改善硫正极导电性差[7]和多硫化物“穿梭效应”[8]等问题. 相比于前两个阶段, 第三阶段[图2(c)]的连线和节点大幅变密、增大, 反映此阶段研究发展迅猛, 学术成果丰硕, 且不同学者之间合作密切. 该阶段主要从解决多硫化物“穿梭效应”和硫正极“体积效应”[9]出发, 聚焦碳/硫复合材料[10]、碳/导电聚合物复合材料[11]等设计、制备、表征和性能研究.根据上述三个不同阶段作者发表论文的高被引情况, 确定了相应阶段具有较高学术影响力的学者的情况(表1). 其中, 第一阶段较有影响力的学者包括Marmorstein D [12−13]、Cheon S E [14−15]、Jeon B H [16−17]等; 第二阶段较有影响力的学者包括Ji X L [18−19]、Mikhaylik Y V [20]等; 第三阶段较有影响力的学者包括Manthiram A [21−22]、Zhou G M [23−24]等.表1 三个阶段的高被引作者统计阶段被引作者被引频次阶段被引作者被引频次1Marmorstein D223 Manthiram A2415Cheon S E 14 Zhou G M 2046 Jeon B H 10 Bruce PG 18102Ji X L 231 Pang Q 1727 Mikhaylik Y V 127 Z Li 1683 Zhang B 118 Liang X 1621 Jayaprakash N117 Seh Z W 1599 Wang J L 116 Peng H J 1587 Wang H L 114 Yang Y 1477 Bruce P G 109 Zhang S S 1364 Cheon S E 107 Chung S H1282 Yang Y 106 Su Y S 1117第1期陈梁, 等: 锂硫电池正极研究现状与趋势 49 1.3 研究地域和机构合作关系分析图3是不同阶段研究地域之间的合作关系图谱; 表2显示了不同阶段主要发文国家的发文量情况. 经分析发现, 第一阶段锂硫电池正极研究的科研力量集中在韩国和中国, 且两国的发文量占总发文量的绝大部分. 进入第二阶段后, 中国的发文量显著增加, 已超过韩国, 逐步形成了以中美为主导、韩澳德为支柱的科研合作关系网. 在第三阶段, 中国的学术成果丰硕, 发文量已高达3702篇, 遥遥领先于其他国家,表明其在该领域的核心主导地位, 同时也预示中国在未来一段时间内将是该领域的“领头羊”.图3 第一阶段(a)、第二阶段(b)和第三阶段(c)锂硫电池正极领域研究地域的合作关系图谱表2 不同阶段主要发文国家的发文量情况阶段发文国家发文量阶段发文国家发文量1South Korea 153 China 3702China 13 USA 779 USA 3 SouthKorea315 Russia 3 Australia 2222China 133 Germany 184 USA 76 Canada 150 South Korea 23 Japan 141Germany 17 India 111 Canada 15 Singapore 83 Australia 10 England82图4为1978—2021年锂硫电池正极领域各研究机构合作关系图谱. 通过图谱分析, 我们可了解相关领域具有核心地位的研究机构. 为清楚反映研究机构对科研合作网络连线的重要性, 在此采用“中介中心性”这一指标进行评估. 节点的中介中心性越高(紫色节点代表中介中心性大于0.1的研究机构), 表明其重要性越大. 表3展示了1978—2021年各研究机构的中介中心性及初始发文时间和发文量. 结合图4和表3可知,锂硫电池正极领域各研究机构已产生密切的合作关系,尽管部分机构并非第一阶段就涉足该领域的研究, 但其后期发展速度惊人, 如中国的南京大学、天津大学、南开大学等研究机构的中介中心性均大于0.4. 与其他国家相比, 中国的研究机构中介中心性强, 发文量大, 图4 1978—2021年各研究机构合作关系图谱50 湖南理工学院学报(自然科学版) 第37卷在该领域已占据核心主导地位.表3 1978—2021年各研究机构的合作关系情况研究机构发文量中介中心性发文年份Nanjing University 71 0.48 2012Tianjin University 79 0.43 2010Nankai University 74 0.41 2009Nanjing University of Aeronautics Astronautics 51 0.41 2012University of Wollongong 59 0.38 2012University of California Berkeley 31 0.35 2011University of Science and Technology of China 116 0.28 2014Hong Kong Polytech University 42 0.28 2015Washington State University 16 0.28 2016Beijing Institute of Technology 132 0.26 20091.4 学科领域分析图5为锂硫电池正极研究领域涉及的学科图谱. 很显然, 锂硫电池正极研究领域所涉及的学科范围较广, 并与工程学、材料学、化学等多学科关联密切. 表4为1978—2021年锂硫电池正极研究领域的学科分布情况表. 结合图5和表4可知, 学习并深入了解锂硫电池正极方向, 需要扎实的材料、化学、环境等学科理论知识. 只有通过学科之间的有机交叉, 才能更好地推进锂硫电池正极的研究工作.图5 锂硫电池正极研究领域涉及的学科图谱表4 1978—2021年锂硫电池正极研究领域的学科分布情况学科类别出现年份中介中心性0.61Engineering 2002Materials Science 2002 0.35Energy & Fuels 2002 0.250.22Chemistry 2000Biotechnology & Applied Microbiology 2016 0.200.14Physics 2002Science & Technology 2009 0.13Chemical Engineering 2006 0.08Electrical & Electronic Engineering 2002 0.081.5 研究热点与趋势分析图6为2019—2021年锂硫电池正极研究领域热点关键词分布图谱. 图6中Hybrid Cathode、Core ShellStructure、Atomic Layer Deposition等热点词的出现, 表明构建复合型正极、设计特殊形貌(如核壳形貌)、开发材料改性新技术(如原子层沉积)是当前锂硫电池正极研究的热点方向; 同时, Conductive Polymer、Reduced Graphene Oxide、2D Mxene等热点词的出现, 表明导电聚合物、石墨烯、二维Mxene等成为新兴的优质硫载体材料; 此外, High Rate Performance、High Areal Capacity等热点词的出现, 也表明提升锂硫电池正极的倍率性能和面容量将是未来锂硫电池正极领域的发展方向.第1期陈梁, 等: 锂硫电池正极研究现状与趋势 512 结束语学习并了解锂硫电池正极的发展历程、研究现状以及未来趋势, 对于掌握锂硫电池的前沿动态, 并推进其大规模商用具有重要的指导和借鉴意义. 基于此, 本文采用CiteSpace 软件, 对已有的锂硫电池正极相关文献进行系统归纳、分类, 并从发表年限、作者、研究地域、研究机构等方面进行综合分析, 获得相应的可视化知识图谱. 研究发现: 锂硫电池正极研究经历了1978—2009年、2010—2013年和2014—2021年三个发展阶段, 该领域的研究目前在世界范围内正受到极大关注, 并且在未来几年仍属于热点研究方向; 中国在锂硫电池正极领域深耕多年, 形成了一批具有较高学术影响力的研究机构和学者, 已成为该领域的核心主导力量; 未来有关锂硫电池正极的研究主要集中在复合型正极的构建、特殊形貌(如核壳形貌)的设计、材料改性新技术(如原子层沉积)的开发等方面, 并努力实现锂硫电池正极倍率性能和面容量的大幅提升.参考文献:[1] 陈梁, 陈倩, 陈洋羊, 等. 燃料电池用氧还原反应催化剂的研究进展[J]. 湖南理工学院学报(自然科学版), 2022, 35(1): 47−50+91. 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MnO2与TiO2应用于锂离子电池负极材料的研究

摘要锂离子电池已经成为现代电子设备和移动终端的能源核心，在全球能源消费市场中所占的比率不断增长。

但是，随着锂离子电池在电动汽车、智能移动设备和大功率电器、电网储能领域的发展，人们对商业化的锂离子电池在比容量和循环稳定性、高倍率性能方面提出了更高的要求。

其中，过渡金属氧化物负极材料是一种新的高比容量材料，由于锂转化反应加快，同时也有良好的储锂性能，经过材料优化和结构升级，可尝试用作锂离子电池的负极材料。

MnO2具有较高的理论比容量（1233 mAh·g-1），但是在放电过程中容易粉化，而TiO2具有充放电循环稳定性好的优点。

因此，我们使用MnO2/TiO2作为锂离子电池的负极材料，并通过其电化学测试研究了储锂性能。

X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和元素分析结果表明所制备的材料为MnO2/TiO2的复合材料。

电化学测试结果表明，在100mA·g-1的电流密度下，TiO2的首次放电比容量为106.7 mAh·g-1，而MnO2/TiO2复合材料的首次放电比容量提高到了740.7 mAh·g-1；100次循环后MnO2/TiO2复合材料的放电比容量仅为38.7 mAh·g-1，比纯TiO2的48.1 mAh·g-1还低，说明在充放电过程中MnO2还是发生了明显的粉化，二氧化钛的结构稳定作用不太明显。

倍率性能结果表示，1000 mA·g-1的高电流密度下可以获得的放电容量是在100 mA·g-1的低电流密度下放电容量的 5.2%，表明制备的MnO2/TiO2材料结构在大电流密度下结构破坏更加迅速。

MnO2/TiO2的复合材料能够提高其储锂比容量，但是循环稳定性和倍率性能并没有得到提升，需要进一步研究。

关键词：锂离子电池；负极材料；MnO2/TiO2AbstractLithium-ion batteries have become the core of modern electronic equipment and mobile terminals, and the market share in the global energy consumption is growing. However, with the development of lithium-ion batteries in the field of electric vehicles, intelligent mobile devices, high-power electrical appliances and power grid energy storage, the higher specific capacity and cycle stability and rate performance are requested. Among them, the transition metal oxide anode material is a new high specific capacity material, because of the rapid lithium conversion reaction and good lithium storage performance. Through material optimization and structural upgrading, the transition metal oxide can be used as a lithium ion battery anode material.MnO2 has a high theoretical specific capacity (1233 mAh/g), but it is easy to pulverize during the charge/discharge process. However, TiO2 has the advantages of good stability of charge and discharge cycle. Therefore, we use MnO2/TiO2 as the anode material of lithium ion battery, and the electrochemical performance of lithium storage has been studied.X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and elemental analysis show that the prepared materials were MnO2/TiO2 composites. The electrochemical test results show that the first discharge capacity of TiO2 is 106.7 mAh/g at the current density of 100 mA/g, and the first discharge capacity of MnO2/TiO2 composites is increased to 740.7 mAh/g. The discharge capacity of MnO2/TiO2 composite is only 38.7 mAh/g after 100 cycles, which is lower than that of pure TiO2(48.1 mAh/g). The results indicate that MnO2is obviously pulverized during charging and discharging process and the structural stability effect of titanium dioxide is not obvious. The results of rate performance show that the discharge capacity at 1000 mA/g is 5.2% of that under the low current density of 100 mA/g, indicating that the prepared MnO2/TiO2material has a obvious structure damage at high current density.MnO2/TiO2 composite material can improve the specific capacity of the lithium storage capacity, but the cycle stability and magnification performance have not been improved, which need further study.Key words：Lithium-ion batteries；Anode material；MnO2/TiO2目录1 文献综述 (1)1.1 锂离子电池的应用与发展 (1)1.1.1 电力电网储能领域 (1)1.1.2 消费电子和移动终端领域 (1)1.1.3 运载工具的动力领域 (1)1.2 商业化锂离子电池目前面临的问题 (2)1.3 国内外研究进展 (2)1.3.1 负极将是能量密度提升的关键 (2)1.3.2 有机物包覆过渡金属氧化物电极材料 (3)为骨架结构混合其它过渡金属氧化物作为电极材料 (3)1.3.3 以TiO21.4 本课题研究内容 (4)2 实验部分 (4)2.1 实验仪器 (4)2.2 实验药品 (5)2.3 实验步骤 (6)2.3.1 电极材料的制备 (6)2.3.2 材料的表征 (7)2.3.3 锂离子电池的组装 (7)2.3.4 样品的电化学性能测试 (7)3 结果与讨论 (8)3.1 材料的表征 (8)3.1.1 样品的X射线衍射分析 (8)3.1.2 样品的红外谱图分析 (8)3.1.3 样品的元素分析 (9)3.2 材料的电化学性能测试 (10)3.2.1 恒电流充放电曲线 (10)3.2.2 100次循环充放电曲线 (12)3.2.3 不同电流密度下充放电测试 (14)4 结论 (15)参考文献 (17)致谢 (19)1 文献综述1.1 锂离子电池的应用与发展1.1.1 电力电网储能领域核能、太阳能、风能等新的高效绿色清洁能源已经开始的到大规模应用。

锂硫电池目前存在的问题及改进方法

锂硫电池目前存在的问题及改进方法锂硫电池的研究始于20世纪70年代，是一种由硫（S）复合正极、金属锂(Li)负极和两者之间的电解质组成的储能体系电池，相比钠离子电池，镁离子电池，铝离子电池，锌离子电池等新型二次电池体系来说，锂硫电池拥有高能量密度——2600 Wh/kg、宽的工作温度—— -30 至60 ℃，低电极材料成本，对环境污染较少，被认为是最有前途的新型二次电池体系。

其发展过程可以分为以下三个阶段：1.如何让锂硫电池变得可充电：1970—2002这一阶段，如何让锂硫电池变得可充电，其本质是寻找合适电解质，让锂离子和多硫化锂能够可逆转变，实现了电池从一次电池到二次电池的转变。

但是效果很不理想，充电只有10来次左右。

2.如何提升锂硫电池正极：2002—2014锂硫电池通过纳米碳硫复合正极和硝酸锂添加剂使得电池从最初只有几次循环寿命到上千次的循环寿命，但是致命的问题就是负极锂枝晶和死锂的形成。

3.如何保护锂硫电池负极：2014—至今如何防止锂枝晶和死锂的形成，保护锂硫负极一直是目前的研究重点。

目前在不断的研究过程中，锂硫电池主要存在以下几个方面的缺陷，总结一些改进的方法。

一．穿梭效应放电过程中的长链中间产物Li2Sn（n为4≤n≤8）易溶解在有机电解液中，导致活性物质硫的减少。

在正极溶解的长链Li2Sn穿过隔膜到负极与金属锂反应，被还原成短链的Li2Sn（n为1≤n<4）；而充电时，负极的短链Li2Sn又会穿过隔膜回到正极，被氧化成长链的Li2Sn。

这个过程就是锂硫电池的“穿梭效应”。

“穿梭效应”可导致锂硫电池中活性物质损失，金属锂负极被腐蚀，造成库仑效率低和循环寿命短等问题。

改进方法：1.对电池隔膜进行改性1）有研究者制造出了Mo S涂层的隔膜，在一定程度上良好的润湿性，可以实2现锂离子快速扩散，另外该新型隔膜还具有良好的化学吸附性能。

在一定程度上减少了穿梭效应，提高了电池的循环寿命。

锂硫电池正极材料的研究进展

锂硫电池正极材料的研究进展摘要：锂硫电池具有高达2600 Wh▪kg-1的理论比能量以及1672 mAh▪g-1的理论比容量，远大于现阶段使用的商业化二次电池，被越来越多人所关注。

本文主要介绍了锂硫电池正极材料的研究进展，从结构调控型碳/硫复合正极材料、非金属元素表面修饰碳/硫复合正极材料、非碳添加剂/硫复合正极材料这三个方面进行说明，以此来突破锂硫电池目前所存在的问题。

关键词：锂硫电池；正极材料锂硫电池由单质硫正极、电解液、隔膜和金属锂负极构成。

反应机理为电化学机理，以硫为正极反应物质，以锂为负极。

在构成锂硫电池的四个部分中，正极具有极为重要的作用。

因此，大量的研究者都希望通过对正极材料的设计来攻克锂硫电池目前主要存在的单质硫导电性差、充放电产物绝缘、中间产物具有穿梭效应与活性物质的体积膨胀等本征问题，从而实现锂硫电池的商业化生产。

依照不同的设计角度，正极材料大体分为以下几类：1.结构调控型碳/硫复合正极材料碳材料广泛存在于自然界中，具有稳定的理化性质。

碳材料的引入可以显著提高正极材料的导电性，并有效缓冲活性物质的体积膨胀，避免了充放电过程中正极电极结构的粉化与脱落。

（1）多孔碳多孔碳是以碳质材料为结构基元组成的具有多孔结构的功能材料。

根据碳材料孔径分布，可以将其分为微孔（孔径小于2 nm）、介孔（孔径在2~50 nm 之间）、大孔（孔径大于50 nm）、和分级孔（具有多种孔道结构）碳材料。

其高孔隙率和高比表面积有利于硫的储存和均匀分布，并且多孔结构对多硫化物溶解和扩散具有抑制作用，有效减缓了“穿梭效应”，提高了电池的电化学性能和稳定性[1]。

（2）分级多孔碳微孔碳具有较高的比表面积，能确保单质硫在导电骨架中的分散和接触，同时其强物理吸附能力可以有效抑制“穿梭效应”。

但是微孔难以负载大量的活性物质，限制了电池整体的能量密度。

介孔碳较微孔碳具有更高的硫负载量，并能有效地缓解充放电过程中的体积膨胀。

锂硫电池的正极与负极研究进展

2）硫和硫化锂的密度分别为 2.03g/cm3 和 1.66g/cm3，在放电过程中硫会生成硫化锂，造成电池的体积膨胀，从而导致活性物质硫从导电结构上脱落，使锂硫电池的比容量受到损失。由于硫和硫化锂均为绝缘物质，因此硫化锂在正极导电框架上的生成会影响正极活性物质的溶解，从而降低锂硫电池的反应效率和比容量。
摘要：锂硫电池由于其理论能量密度高，理论比容量高，环境友好等特性，成为最有潜力应用于电动汽车与电子设备的能量储存介质之一。然而由于锂硫电池的硫正极绝缘性，多硫化物的溶解导致的穿梭效应和锂负极枝晶等问题，阻碍了锂硫电池的商业化应用。介绍了锂硫电池正极材料的结构改进与锂负极材料的保护，包括使用不同类型的碳材料与导电金属氧化物用于正极的导电框架，以及使用电解液添加剂，人工保护层等方式对锂负极进行保护。最后，对锂硫电池的未来发展进行了展望。
Keywords ：lithium sulfur battery ；cathode ；carbon materials ；protection of lithium anode
1 概述由于全球的石油等化石类能源被日渐消耗，以及石油汽
油等燃烧向空气中大量排放二氧化碳导致气候变暖，人们迫切需要寻找下一类可持续的，价格低廉并且环境友好的能源存储系统 [1]。在所有的电化学存储系统中，锂离子电池在二次充电系统中占据着非常重要的地位。然而锂离子电池最大能量密度为 240Wh/kg，且锂离子价格贵，并有过充的安全问题。这些都限制了锂离子电池在市场上的应用 [2]。锂硫电池因为其较高的理论能量密度和理论比容量而在近些年被广泛研究。锂硫电池的理论比容量为 1 675mAh /g，理论能量密度为 2 600Wh kg-1，远高于锂离子电池。锂硫电池是由锂负极和硫正极组成，通过 S-S 键的断裂 - 重组来实现电能与化学能的相互转变 [3]。

基于MOFs做锂硫电池正极材料的基础改性研究

基于MOFs做锂硫电池正极材料的基础改性研究基于MOFs做锂硫电池正极材料的基础改性研究摘要：锂硫电池作为一种新型高能量密度储能系统，具有广阔的应用前景。

然而，锂硫电池的商业化应用受到其容量衰减、低能量效率和极化等问题的限制。

为了克服这些问题，研究人员提出了各种改性策略，其中基于金属有机框架材料（MOFs）的改性作为一种潜在的解决方案备受关注。

本文综述了基于MOFs做锂硫电池正极材料的基础改性研究的最新进展，包括MOFs的合成方法、衍生物的制备、MOFs作为载体材料的应用以及在锂硫电池中的改性效果。

一、引言随着能源需求的增加和环境问题的日益突出，储能技术得到了广泛的关注。

锂硫电池作为一种高能量密度的储能系统，具有很高的理论能量密度和相对较低的成本，被认为是下一代电池技术的有力竞争者。

然而，锂硫电池在实际应用中存在一系列问题，例如容量衰减、低能量效率和极化等。

这些问题的根本原因是硫化锂的低电导率、活性物质的极化以及锂过量引起的副反应等。

为了解决这些问题，研究人员已经提出了许多改性策略，包括调整材料组成、设计新型电解液和电极结构等。

然而，这些策略仍然有待进一步的改进。

二、MOFs的合成和结构特点金属有机框架材料（MOFs）是一类由金属离子或簇与有机配体通过配位键连接而成的晶体材料，具有多孔结构和高比表面积。

由于其结构特点，MOFs被广泛应用于气体吸附、催化剂和药物释放等领域。

MOFs材料的合成方法主要包括水热法、溶剂热法、气相法和共沉淀法等。

MOFs具有可调控的孔径、孔隙结构和表面化学性质，具有很大的潜力用于锂硫电池正极材料的改性。

三、MOFs的衍生物制备MOFs经过合适的化学反应或热解可以得到各种衍生物，如碳化物、氮化物和氧化物等。

这些衍生物具有不同的物理和化学特性，可以通过结构和组分调控来实现锂硫电池正极材料的改性。

例如，通过将MOFs进行碳化处理，可以得到碳基材料，具有优异的导电性和储硫容量，用于改善锂硫电池的电化学性能。

锂硫电池的碳中和应用

锂硫电池的碳中和应用1.引言1.1 概述锂硫电池作为一种新兴的能源储存技术，被广泛研究和应用于电动汽车、可再生能源储存等领域。

与传统的锂离子电池相比，锂硫电池具有更高的能量密度和更低的成本，被认为是下一代高性能能源存储系统的候选者之一。

然而，锂硫电池在实际应用中还存在一些问题。

其中之一是硫正极材料的多孔结构容易引起硫的溶解，导致电极损耗，降低了电池的循环寿命。

此外，硫材料还具有较高的导电性，会导致电池内部的电子传导不均匀，进一步影响了电池性能。

为了解决这些问题，碳中和技术被引入到锂硫电池中。

碳材料具有良好的导电性和可多孔调节结构，可以有效地促进硫的吸附和传输，提高电池的性能稳定性和循环寿命。

同时，碳中和技术还可以增加电池的能量密度和容量，提高电池的整体性能。

除了改善锂硫电池的性能，碳中和技术还具有碳中和的环境效益。

由于碳材料可以从大气中吸收二氧化碳，而锂硫电池的电化学反应过程又是无害的，因此利用碳中和技术的锂硫电池可以实现碳中和的能源储存系统。

综上所述，锂硫电池的碳中和应用具有广泛的前景和潜力。

通过引入碳中和技术，可以改善锂硫电池的性能稳定性和循环寿命，提高电池的能量密度和容量。

与此同时，利用碳中和技术的锂硫电池还可以实现碳中和的环境效益。

随着碳中和技术的不断发展和完善，相信锂硫电池在未来的能源储存领域会得到更广泛的应用和推广。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下方面：本文将按照以下结构进行论述：2. 正文部分2.1 锂硫电池的基本原理2.2 锂硫电池的碳中和技术3. 结论部分3.1 碳中和对锂硫电池的影响3.2 锂硫电池碳中和应用的前景在正文部分，我们将首先介绍锂硫电池的基本原理，包括其构成、工作原理以及优势和不足之处。

然后，我们将重点介绍锂硫电池的碳中和技术，包括碳材料的选择、碳包覆技术和碳纳米管的应用等。

在结论部分，我们将分析碳中和对锂硫电池性能的影响，包括容量提升、循环寿命延长和安全性改善等方面。

MOF衍生物的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用

MOF衍生物的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用MOF衍生物的制备及其在锂硫电池正极材料中的应用随着电动车和可再生能源等领域的迅猛发展，高能量密度、长寿命和环境友好的锂硫电池正逐渐引起人们的关注。

作为锂硫电池中关键的正极材料，硫具有很高的理论比容量、丰富的资源和低的成本，但其在电池中的应用仍然受到困扰。

硫的活性较高，可溶于常用有机电解液中并在电池循环使用过程中导致硫的迁移和极化现象，从而影响电池的性能和寿命。

为了解决这些问题，近年来研究人员开始关注基于金属有机框架（MOF）的硫杂化物衍生物，在改善锂硫电池性能方面显示出潜力。

MOF是由金属离子与有机配体通过配位键相互连接形成的多孔晶体结构，具有高度可控的孔径和表面积，因此在储能领域有广泛的应用前景。

借助MOF衍生物在锂硫电池中的设计和制备，不仅可以有效地阻止硫化物的溶解，还可以提供导电通道，从而改善电池的循环性能和容量保持率。

MOF衍生物的制备通常分为两个步骤：首先是MOF的合成，然后是通过热解或化学修饰将其转化为硫杂化物。

合成MOF的方法多种多样，包括热合成、溶剂热法、水热法等。

一旦成功合成了MOF，在热解或化学修饰的过程中，金属离子和有机配体会分解或转化为其他物质，如金属硫化物、碳纳米材料等。

MOF衍生物在锂硫电池正极材料中的应用主要有三方面的改进：阻止硫化物溶解、提供导电通道和增强电子传递。

首先，MOF衍生物可以包覆硫化物，防止硫化物溶解到电解液中，从而降低硫化物的迁移和极化现象。

其次，由于MOF具有高度可控的孔径和表面积，可以提供导电通道，促进电荷传输和反应速率。

最后，MOF衍生物中的金属硫化物或碳纳米材料可以增强电子传递，降低电阻，提高电池性能。

研究结果证明，MOF衍生物的应用可以有效地改善锂硫电池的循环性能和容量保持率。

例如，一些研究表明，使用MOF衍生物作为硫载体材料可以提高硫化物的利用率和电池的倍率性能。

此外，还有报道称，一些金属硫化物的MOF衍生物在电池中表现出良好的电化学稳定性和长寿命。

硫与金属硫合物复合正极材料

硫与金属硫合物复合正极材料1.引言引言1.1 概述在当前的能源领域，锂离子电池作为一种高性能、高能量密度和长寿命的电池系统，受到了广泛的关注和应用。

而作为锂离子电池的关键组成部分之一，正极材料的研究和开发一直是一个热门的研究方向。

随着对电池容量和安全性能的要求不断提高，传统的锂离子电池正极材料已经难以满足需求。

近年来，硫与金属硫合物复合正极材料作为一种新型的电池材料，引起了广泛的关注。

硫作为一种轻质、丰富资源的元素，具有高比容量和良好的反应活性，可实现高电能密度的储能效果。

然而，单纯使用硫作为正极材料存在一些问题，如硫的电化学活性低下、体积膨胀大、电导率差等。

为了克服这些问题，研究者们开始将硫与金属硫化物复合使用，以提高正极材料的性能。

金属硫化物作为硫的载体材料，可以提供更好的电导率和结构稳定性，从而增强了正极材料的性能。

通过将硫与金属硫化物进行复合，可以充分利用硫和金属硫化物各自的优势，实现电池的高能量密度、长循环寿命和优异的安全性能。

本文将对硫与金属硫合物复合正极材料的研究现状进行综述，并探讨其在锂离子电池等领域的应用前景。

同时，针对硫与金属硫合物复合正极材料所面临的挑战，提出相应的解决方案，以期为进一步研究和开发该类材料提供一定的指导和参考。

随着对可再生能源的需求不断增加，以及电动汽车等电池应用的广泛推广，硫与金属硫合物复合正极材料有望成为未来锂离子电池领域的重要发展方向。

通过深入研究和理解硫与金属硫合物复合正极材料的性质和机制，我们可以进一步提高电池的能量密度、循环寿命和安全性能，为实现更可靠、高效的能源存储和利用做出贡献。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分的目的是为读者介绍整篇文章的组织框架和章节分布，以帮助读者更好地理解文章的内容和逻辑结构。

本文共分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括对硫与金属硫合物复合正极材料的研究背景和意义的概述，以及本文的研究目的和重要性的介绍。

锂硫电池穿梭效应_化学吸附_催化_概述说明以及解释

锂硫电池穿梭效应化学吸附催化概述说明以及解释1. 引言1.1 概述锂硫电池作为一种具备高能量密度和安全性能的电池技术，被广泛研究和应用。

然而，锂硫电池在实际使用中存在一个严重的问题，即穿梭效应。

穿梭效应指的是锂离子在充放电过程中在正负极之间发生迁移，导致活性材料的损耗和不稳定性增加，从而影响了电池的循环寿命和能量效率。

因此，研究如何解决锂硫电池中的穿梭效应问题成为当前锂硫电池领域关注的焦点。

1.2 文章结构本文分为五个主要部分进行阐述和讨论。

首先，在引言部分对锂硫电池穿梭效应进行了概述，并说明了文章的目的与结构。

接下来，第二部分将详细介绍了锂硫电池穿梭效应的定义与基本原理，并分析了影响因素以及相关解决方案。

第三部分将重点关注化学吸附，在介绍其概念与机制前，会先进行材料分类与性能评估的讨论，并进一步探讨化学吸附在锂硫电池中的应用研究进展。

第四部分将讨论催化作用，包括催化反应原理与机制、催化剂选择及设计要点，以及锂硫电池中催化材料的性能优化方法。

最后，在结论部分对已讨论内容进行总结，并展望未来研究方向和其重要意义。

1.3 目的本文旨在全面概述锂硫电池穿梭效应、化学吸附和催化作用，并探索其在解决锂硫电池穿梭效应中的应用。

通过系统分析锂硫电池穿梭效应的影响因素和解决方案，以及介绍化学吸附和催化作用的基本原理和应用进展，可以为更好地理解和改善锂硫电池的性能提供指导。

此外，通过对未来研究方向的展望和重要意义的提示，有助于推动锂硫电池领域的发展并促进相关技术的创新。

2. 锂硫电池穿梭效应：2.1 定义与基本原理：锂硫电池是一种新型的高能量密度二次电池，其正极材料为硫，负极材料为锂或锂合金。

在充放电过程中，由于硫的可溶解性和活性较高，导致在充放电循环中出现了所谓的“穿梭效应”。

穿梭效应指的是硫等离子体在充放电过程中从正极经由电解液迁移到负极，并随之形成固态产物的现象。

穿梭效应主要由两个方面引起：首先是反应中产生的溶剂蒸气对锂阳极表面造成腐蚀，导致硫等离子体特别是亚硫酸盐进行游离；其次是反应过程中形成的可溶性聚合物包裹住锂枝晶，在充放电循环中会发生解聚致使溶液中出现游离的锂离子。

共价有机框架在锂硫电池中的应用

剂, 这能够确保其在电解液中稳定存在。
本文主要综述 COFs 在锂硫电池的正极、隔膜和负极
料的相间层研究发现, 多孔结构的电极材料也可以促进
中的应用, 并对该领域未来的发展进行展望。
均匀的锂离子通量和适应电池使役过程中引起的机械变
well-ordered nanochannels, and strong structural designability, which endow them with versatile applications in many fields
such as gas adsorption and separation, catalysis, sensing, optoelectronics, etc. In recent years, COFs have drawn considerable attention of researchers in the field of energy conversion and storage. Lithium-sulfur ( Li-S) batteries have great application potentials in energy storage systems due to their low cost and high theoretical energy density. However, this emerging
中会发生大约 80%的体积膨胀, 容易造成锂硫电池正极
意义。电极材料是电化学储能器件的重要组成部分, 近
电过程中生成的多硫化物易溶于电解液, 并通过浓差作
一。 COFs 因其独特的结构特点, 被认为是一种非常有应
的密度分别为 2. 03 g·cm

不同形态的碳在锂硫电池正极材料中的应用的开题报告

不同形态的碳在锂硫电池正极材料中的应用的开题报告一、研究背景锂硫电池是一种新型的高能量密度电池，具有很高的理论能量密度和较低的成本，被认为是下一代电池的重要候选方案之一。

然而，锂硫电池的商业化应用面临着一系列的制约，其中之一就是正极材料的选择问题。

传统的锂硫电池正极材料采用的是硫，但是硫具有很低的电导率和可溶性，容易导致电化学反应速率的降低和溶解，从而降低了电池的循环性能和安全性能。

针对这一问题，研究者们开始尝试将不同形态的碳作为锂硫电池正极材料的替代品，以期能够提高电池的性能。

二、研究内容本文将介绍不同形态的碳在锂硫电池正极材料中的应用。

具体包括以下内容：1. 晶态碳与非晶态碳的介绍及其在锂硫电池中的应用。

2. 多孔碳的介绍及其在锂硫电池中的应用。

3. 纳米碳管的介绍及其在锂硫电池中的应用。

4. 石墨烯的介绍及其在锂硫电池中的应用。

5. 碳纤维的介绍及其在锂硫电池中的应用。

三、研究意义本文的研究意义在于探究不同形态的碳在锂硫电池正极材料中的应用，为锂硫电池的商业化应用提供新的思路和方法。

通过对不同形态的碳在锂硫电池中性能的比较分析，可以为未来的锂硫电池正极材料的选优提供参考，进而提高锂硫电池的性能和循环寿命。

四、研究方法本文将采用文献调研和实验研究相结合的方法进行研究。

首先，对不同形态的碳及其在锂硫电池中应用的相关文献进行梳理和分析，以了解其性能表现和优缺点。

其次，通过实验室制备碳材料，并利用XRD、SEM、TEM等手段对其进行结构和形态的表征，探究其对锂硫电池性能的影响。

最后，通过制备并测试锂硫电池样品，验证不同形态的碳在锂硫电池中的应用效果。

对锂硫电池研究进展的分析

对锂硫电池研究进展的分析林义洋【摘要】锂硫电池具有理论能量密度高(2600 Wh/kg),环境友好,原材料成本较低等优势,具有很大的研究价值与利用价值,并在近年来受到学术界与工业界的广泛关注.本文对锂硫电池的工作原理及结构组成正负极材料、隔膜、电解液等进行了介绍,并分析当前锂硫电池存在的问题以及可能的解决方案,最后对其未来的研究发展和实用化进行了展望.【期刊名称】《化工管理》【年(卷),期】2017(000)022【总页数】3页(P78-80)【关键词】锂硫电池;硫正极;锂负极;隔膜;电解液【作者】林义洋【作者单位】安徽大学化学化工学院, 安徽合肥 230601【正文语种】中文Abstract:Because of the advantages of high theoretical energydensity(2600 Wh/kg),environmentally friendly and low cost of raw material，Lithium-sulfur battery has great research value and valuable,gaining intense interest both from academe and industry in recent years.In this paper,the working principle and structure of lithium sulfur battery are introduced.The current problems and possible solutions of lithium-sulfurbatteries are analyzed.Finally,the future research trend and practical application are prospected.Keywords:Lithium-sulfur battery; Sulfur cathode; Lithium anode; Separator; Electrolyte目前消费电子产业发展迅速，但是二次电池的比容量往往成为一个制约设备使用体验的限制。

锂硫电池穿梭效应抑制及解决途径的研究进展

锂硫电池穿梭效应抑制及解决途径的研究进展段旭彬; 李庆福; 卫慧凯【期刊名称】《《电池》》【年(卷),期】2019(049)005【总页数】4页(P427-430)【关键词】锂硫电池; 金属硫化物; 正极材料; 穿梭效应; 表面吸附; 表面催化【作者】段旭彬; 李庆福; 卫慧凯【作者单位】太原理工大学基础学院山西太原 030600; 太原理工大学化学化工学院山西太原 030600【正文语种】中文【中图分类】TM912.9单质硫为正极的锂硫电池，理论比能量(2 600 Wh/kg)高，且活性物质硫具有价格低廉、储量丰富、无毒和对环境友好等优点，被认为是有望实现商业化的二次电池。

尽管锂硫电池具有许多突出的优点，但由于充放电过程复杂，包括硫的多步氧化还原反应和多硫化物的复杂相变过程，存在一系列可逆反应和歧化反应，会生成多种硫化锂中间产物，如Li2S8、Li2S6、Li2S4、Li2S2和Li2S等[1]。

生成的多硫化物易溶于电解液中，在浓度梯度的作用下会扩散并穿过隔膜，在正负极之间来回穿梭，造成穿梭效应。

目前，人们对硫正极上的充放电机理尚不清晰，尤其是对于S8的电化学反应过程，甚至存在争议。

Y.V.Mikhaylik等[2]认为，单质硫是经过两步电还原被还原为多硫离子，并形成了两个放电平台。

C.Barchasz等[3]采用多种测试技术，对锂硫电池进行研究，发现单质硫是通过三步电还原生成Li2S的，在电还原过程中，伴随有10种歧化反应。

J.Liu等[4]比较了锂硫电池硫正极在碳酸酯类和醚类两种电解液中的电化学行为，认为：硫正极上多硫化物发生的反应是按电化学反应-化学反应(EC)机理进行的，即先经历一电子反应，紧接着进行可逆化学反应，为此，作者认为多硫化物的歧化反应在充放电开始阶段对电池容量的衰减有重要影响，歧化反应又与多硫化物在电解液中的溶解性有关，溶解性越大，容量衰减越慢。

人们一直在寻找方案，通过提高锂硫电池中长链Li2Sn的溶解度，或抑制多硫化物在电极之间穿梭，以提高Li-S电池的性能。

中硫焦在锂电中的应用

s sulfur-doped carbon）是一种具有介孔结构和硫掺杂的碳材料，它在锂电池中具有广泛的应用。
在锂硫电池中，中硫焦可以作为硫正极材料的载体，提供良好的导电性和结构稳定性，同时还能够增加硫的储存量和电化学反应活性。硫是锂硫电池中的活性物质，通过与锂离子反应来储存和释放电能。然而，硫在纯粹的形式下具有低的电导率和溶解度，容易引起极化和容量衰减。
中硫焦在锂电中的应用
4. 抑制锂枝晶生长：中硫焦的孔隙结构可以提供较大的表面积，吸附和嵌入锂离子，从而抑制锂枝晶的生长，提高电池的安全性能。
中硫焦作为锂硫电池的正极材料载体，可以改善锂硫电池的能量密度、循环寿命和安全性能。同时，中硫焦还可以通过调控孔隙结构和硫的分散状态来进一步优化锂硫电池的性能。因此，中硫焦在锂电池中具有重要的应用潜力。
中硫焦在锂电中的应用
中硫焦作为硫正极材料的载体，具有以下优势：
1. 高的硫负载量：中硫焦具有较高的孔隙度和比表面积，可以有效地储存和固定硫，提高硫的负载量。
2. 良好的电导性：中硫焦具有良好的导电性，可以提供快速的电子传输通道，减少电阻和极化现象，提高电池的电化学性能。
3. 抑制硫溶解：中硫焦的碳基结构可以抑制硫的溶解和扩散，减少硫在电池循环过程中的损失，延长电池的循环寿命。