多孔碳碳化温度对锂硫电池性能的影响

唐 琼, 李合琴, 张 静, 左 敏, 潘媛媛, 林志伟

(1.合肥工业大学 电子科学与应用物理学院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工业大学 材料科学与工程学院,安徽 合肥 230009)

多孔碳碳化温度对锂硫电池性能的影响

唐 琼1,2, 李合琴2, 张 静1,2, 左 敏2, 潘媛媛2, 林志伟2

(1.合肥工业大学 电子科学与应用物理学院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工业大学 材料科学与工程学院,安徽 合肥 230009)

文章以蔗糖为碳源,纳米碳酸钙为模板在800 ℃和950 ℃下碳化生成多孔碳,并分别与单质硫复合成锂硫电池正极材料。用SA3100测试多孔碳在77 K的氮气吸脱附等温曲线,分别用Brunauer-Emmett-Teller (BET) 理论和Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 模型计算多孔碳比表面积和孔径分布。采用场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscopy,FESEM)观察2种硫碳复合材料的形貌,能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)观察硫和碳元素分布,X射线衍射仪(X-Ray diffraction,XRD)检测单质硫与碳材料的结构。测试了电池的交流阻抗谱和恒流充放电性能。结果表明:经950 ℃碳化的多孔碳与硫组成的复合材料在0.2C的放电倍率下首次放电比容为1 327 mA·h/g,100次循环后,仍保持在630 mA·h/g,库仑效率接近100%。

锂硫电池;碳化温度;多孔碳;比表面积;孔容;库仑效率

锂硫电池用于新一代储能设备已受到学者们的广泛关注和研究。硫的理论比容量高达1 675 mA·h/g,且在自然界中储量丰富、安全环保,因此锂硫电池极具替代现有商业化锂离子电池的潜力。但是其产业化还面临诸多挑战。由于硫及其还原产物硫化锂的导电性差;中间产物多硫化物易溶解于电解液,在正、负极表面均会沉积,造成“穿梭效应”;其充放电反应产物有79.2%的体积变化,会使正极材料结构坍塌[1]。……