二维镍基金属有机框架材料作为锂硫电池正极材料的研究

刘道龙，王 雪，江国亮，范东娜，王杉志，张 康，石才干，刘洪梅，李小龙（通讯作者）

（临沂大学物理与电子工程学院 山东 临沂 276000）

1 引言

传统锂离子电池由于较低的能量密度已无法满足人们对新兴电子设备日益增长的需求，而新型的锂硫电池具有非常高的理论比容量(1 675 mAh·g-1)和高能量密度(2 600 Wh·kg-1)，是一种很有前途的电化学储能装置[1]。另外，硫元素不仅具有丰富的地球资源优势，还具有资金消耗低、安全系数高、绿色环保等优点。然而，锂硫电池在应用中仍然面临众多挑战，例如中间产物多硫化锂易溶于有机电解液[2]，并穿过隔膜扩散至锂负极，与金属锂直接发生反应，形成“穿梭效应”，导致活性物质利用率低，致使电池容量损失、循环性能下降。

为了抑制锂硫电池中的穿梭效应，需要在正极使用具有良好导电性、高比表面积的多孔材料，实现对硫和多硫化锂的吸附和固定。近年来，国内外学者们做了大量的研究，发现多孔的导电炭材料是一种良好的硫宿主材料[3]。例如通过对电极结构进行改进，设计硫/碳纳米管或硫/石墨烯的复合正极材料，将硫颗粒包封起来，形成导电网络，促进离子传输，并抑制多硫化物的穿梭效应。

金属有机框架材料（MOFs）是一种由金属离子或金属团簇和有机分子通过配位键形成的周期性结构[4]。二维MOFs由于其超高的比表面积和孔隙率，过渡金属离子存在未填满电子的d轨道，表面容易吸附分子，适合作为硫和多硫化锂的负载材料。实验……