原位合成具有三维碳纳米管骨架的双锥形硫用于锂-硫电池

本文报道了一锅法合成具有双锥形硫颗粒的三维碳纳米管骨架，以及这些材料在锂-硫（Li–S）电池正极中的应用。通过在水/四氢呋喃中简单混合多壁碳纳米管（MWCNTs）、硫粉和封端剂，合成了被 MWCNTs 包裹的微米级双锥形硫颗粒。MWCNTs 在硫颗粒内部和外部自发形成三维导电网络。沿 MWCNT 骨架边缘存在一个无硫颗粒区域，按总体积计算约占 ≈35 vol%。将这些硫-MWCNT 双锥形颗粒与导电碳添加剂混合，制备用于 Li–S 电池的无粘结剂正极。在首次循环中，Li–S 电池在 0.05 C 下表现出 ≈1600 mAh g −1 的比放电容量。特别是在深度充放电（1.0–3.0 V vs Li/Li + ）下，这些 Li–S 电池表现出高倍率稳定性和库仑效率。该性能归因于：1）导电 MWCNT 骨架和硫颗粒上的碳添加剂涂层的均匀分布，分别实现了快速的 Li + 离子/电解质扩散以及多硫化物穿梭的缓解；2）无硫缓冲空间可容纳体积膨胀。预计这种具有简单合成工艺的新型正极设计可以减少制备步骤，从而有助于构建低成本的 Li–S 电池。