氮掺杂多孔碳纤维改性锂硫电池正极材料

目前，限制锂硫电池商业化应用的因素主要存在以下几点:  1）硫单质的导电性差,室温电导率仅为5X10)-30 SNaN-',导致活性材料硫活化困难;  2)电化学反应中间产物多硫化锂1i2S2 (3<x<8)易溶于电解液,在正负极之间反复迁移,引起“穿梭效应”导致活性硫材料损失利用率低，容量衰减快,并且不溶性的Li2S2和LisS易在负极锂金属表面不均匀沉积，形成锂枝晶,影响电池的安全性能;3)硫被锂化后体积膨胀接近80%,容易导致电极整体结构破坏等。

然而,仅仅依靠物理阻隔对多硫化物的限制作用是有限的,导致循环稳定性变差。为了提高对多硫化物的约束作用,一些能够吸附多硫离子的杂原子被掺杂人碳材料中来改善其离子亲和性。针对锂硫电池正极材料电导率低循环稳定性差的问题,本研究通过静电纺丝结合碳化方法制备了氮掺杂的多孔碳纤维用于改性硫正极材料,利用碳纤维骨架良好的导电性实现活性硫材料的高效电化学反应,利用所制备纤维的多孔性及氮原子掺杂提高对多硫化锂的吸附能力,实现含硫正极材料循环比容量的低衰减率，以及充放电平台稳定的电化学性能。分析了改性后含硫正极材料循环伏安性能、不同电流密度和小倍率下的恒电流充放电性能等。

研究可得:改性后的含硫正极材料在0.1 C为库伦倍率, (1675mA\g)倍率下初始放电比容量可达1 078.3 mAh.g-',电极极化程度小,活性材料容量发挥出理论比容量的644%,经过100周循环后依然可以保持525.4 mAh*g'比容量,平均每周容量衰减率为0.5%;当电流密度增大到1(时,依然可以达到502.3mAh.g-'的放电比容量。本研究结果与纯硫正极相比,表现出良好的循环稳定性能和倍率性能。

含硫正极的制备:聚氧化乙烯(PEO),按质量比1:2称量混合,以入，二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,完全溶解后得均匀纺丝液,纺丝电压为20 kV。将静电纺丝所得PEOPAX纤维首先置于马弗炉中低温热处理，然后转移至凤谷锂电材料气氛回转窑中,升温至900℃进行碳化处理,制备得到氮掺杂多孔碳纤维(XPCXF)。接着与升华硫粉,按质量比1.0:1.5混合均匀,转人密封反应釜内在155 °C熔融载硫,制得PCXF/S复合正极材料。

改性后的PCXF/S复合正极循环稳定性更好，说明氮掺杂多孔碳纤维可以增强对多硫化锂的吸附能力，减轻电化学反应过程中的穿梭效应,使得放电比容量衰降减缓可以发现.在循环后期，单质正极比XPCXF/S复合正极材料具有更高的库伦效率。