張 靜, 李合琴, 唐 瓊, 黃依琴, 左 敏, 柏佩文

(1.合肥工業(yè)大學 電子科學與應用物理學院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工業(yè)大學 材料科學與工程學院,安徽 合肥 230009)

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介孔碳的制備及其對鋰硫電池性能的影響

張 靜1,2, 李合琴2, 唐 瓊1,2, 黃依琴2, 左 敏2, 柏佩文2

(1.合肥工業(yè)大學 電子科學與應用物理學院,安徽 合肥 230009; 2.合肥工業(yè)大學 材料科學與工程學院,安徽 合肥 230009)

文章采用硬模板法制備了介孔碳,與單質(zhì)硫混合制備了鋰硫電池正極材料,采用BET、XRD、FESEM等測試手段對材料的性能進行表征,并研究了以介孔碳、導電石墨和碳納米管為導電基體的鋰硫電池的電化學性能。結(jié)果表明,硫/介孔碳復合材料為正極的電池在0.1C的放電倍率下首次放電比容量為1 389 mA·h/g,0.2C倍率下首次放電比容為1 313 mA·h/g,100次循環(huán)后,庫侖效率保持在95%以上,其電化學性能在3種復合材料中最優(yōu)。

鋰硫電池;導電石墨;碳納米管;介孔碳;比容量;庫侖效率

電子通訊設備和電動交通工具等行業(yè)的飛速發(fā)展需要高比能、高安全性、成本低廉、環(huán)境友好并經(jīng)久耐用的新型電池。商業(yè)化的鋰離子電池受正極材料比容量及安全性等因素的限制,難以進一步提高續(xù)航能力。新型鋰硫(Li-S)電池憑借其高的理論比容量、來源豐富、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點[1-3],成為電池領(lǐng)域的研究熱點。但是該體系存在導電性差、活性物質(zhì)利用率低下、存在穿梭效應等缺點[4-5],因此目前Li-S電池的研究主要集中在正極材料的改性、鋰負極的保護以及運用凝膠、固態(tài)電解質(zhì)制備固態(tài)Li-S電池等方面。在正極材料的改性研究方面,通過制備硫/碳、硫/納米金屬氧化物以及硫/聚合物等多種復合材料,抑制穿梭效應,提高活性物質(zhì)的利用率,從而改進電池性能。

介孔碳(MC)具有大的比表面積和孔容,可以將單質(zhì)硫約束在其中,提高硫的利用率[6-8],并抑制穿梭效應。同時,MC材料導電性好,有利于電子傳輸;比表面積大,吸收性強,硫在其中具有良好的分散性,豐富的孔洞結(jié)構(gòu)也有助于電解液的吸收和保持,為電子和離子的遷移構(gòu)建通道,改善電池循環(huán)性能和電化學可逆性。另外,在電池充放電過程中,由于硫及其充放電產(chǎn)物有高達79%的體積膨脹和收縮[4-5],導致硫與導電骨架的脫離,造成顯著的容量衰減,甚至電池的損壞。MC為反應產(chǎn)物提供了容納空間,減輕了體積脹縮損壞。文獻[9-10]指出,在充放電過程中可溶的多硫化鋰會被吸附在MC材料的孔隙中,有助于提高活性物質(zhì)的利用率。另外,將MC材料用于超級電容器[11-14],也具有良好的電化學性能。

本實驗采用硬模板法制備了MC,方法簡單、效率高。在制備過程中,用作模板的碳酸鈣分解放出二氧化碳,在碳基體中形成豐富的孔結(jié)構(gòu)。以硫/介孔碳(S-MC)復合材料為正極組裝扣式電池并進行電化學性能測試,將其與傳統(tǒng)碳材料制備的Li-S電池加以比較,研究了MC對Li-S電池電化學性能的影響。

1 實 驗

1.1 多孔碳材料的制備

以納米碳酸鈣為模板,聚乙烯醇粉末為碳源,按照2∶3的質(zhì)量比例均勻混合,壓制成片狀。在空氣爐中預氧化至200 ℃,保溫2 h,再將樣品移至真空管式爐,在流動氬氣下,緩慢加熱至1 000 ℃,使碳酸鈣逐漸分解,聚乙烯醇逐步炭化,保溫2 h后,自然冷卻至室溫。將得到的灰黑色粉末先后用鹽酸和去離子水清洗以去除氧化鈣,直至pH值為7,烘干得到MC樣品。

1.2 復合正極材料的制備

將制備的MC與單質(zhì)硫以1∶4的質(zhì)量比例均勻混合,放入瑪瑙研缽充分研磨后,在流動的氬氣中對密封的混合物加熱至155 ℃,保溫6 h,使得硫充分熔解并擴散至碳材料的孔隙中;再將溫度升至300 ℃保溫1 h,去除碳材料表面殘余的硫單質(zhì),自然冷卻至室溫,得到黑色粉末狀的S-MC復合材料。將制得的S-MC粉末與乙炔黑混合研磨,按比例加入以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)為溶劑的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液作為黏接劑。其中復合材料、乙炔黑與PVDF三者的質(zhì)量比為7∶2∶1,充分研磨成黑色漿料,然后將其均勻涂布于集流體鋁箔上,置于鼓風干燥箱,60 ℃下充分干燥,用雙軸輥壓機輥壓后裁切成直徑為14 mm的圓形電極片,放入50 ℃的真空干燥箱備用。用同樣的工藝,分別采用導電石墨KS6(常州特密高石墨有限公司)、碳納米管(carbon nanotubes，CNT)(深圳納米港公司)制備了S-KS6、S-CNT復合材料,并用同樣的工藝分別制備了相應的正極片備用。

1.3 電池的裝配

電池在充滿氬氣的干燥手套箱(H2O 和 O2體積分數(shù)小于1×10-7, MBRAVN LABMAS-TER 130)內(nèi)裝配。以硫碳復合材料為正極,金屬鋰片為負極,Celgard2400為隔膜,1 mol/L雙三氟甲基磺酸酰亞胺鋰(LiTFSI)/乙二醇二甲醚(DME)+1,3-二氧戊環(huán)(DOL)(體積比1∶1)為電解液組裝成CR-2032型紐扣電池。

1.4 材料表征與性能測試

采用Pert PROPA Nalytical X射線衍射儀(XRD,荷蘭)測試升華硫、碳、復合材料的物相,工作電壓40 kV,工作電流40 mA,銅靶激發(fā)射線(Cu Kα),以8 (°)/min的速度在50°～85°范圍內(nèi)連續(xù)掃描。采用SA3100比表面和孔徑分析儀(BET,美國貝克曼庫爾特公司)分析MC的孔徑分布,用HitachiSU8020場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察MC和3種復合材料的形貌,并對硫碳元素分布進行面掃描。在上海辰華CHI604D 型電化學工作站測試電池循環(huán)伏安特性和電化學交流阻抗,循環(huán)伏安電壓掃描范圍為1.0～3.0 V,掃描速度為0.1 mV/s。交流阻抗頻率范圍為10-1～105Hz,振幅為±5 mV。在NEWARE BTS2300電池測試系統(tǒng)中測試恒流充放電特性。

2 結(jié)果與分析

MC的BET圖如圖1所示。由圖1a可知,根據(jù)國際純粹與應用化學聯(lián)合會(International Union of Pure and Applied Chemisitry,IUPAC)標準,該MC材料表現(xiàn)出第4類等溫線的特性[15]。在平衡相對壓力p/p0<0.1時有快速吸附,表明材料存在微孔[16]。當平衡相對壓力p/p0>0.9時,吸附量的增長非常迅速,屬于材料的顆粒堆積所造成的大孔吸附特征。此外,在平衡相對壓力p/p0為0.1～0.9區(qū)域,吸附曲線的斜率逐漸增大,說明材料具有介孔的結(jié)構(gòu)[17]。由圖1b可知,該樣品孔徑分布集中在3.3～4.5 nm。BET測得MC孔容為0.57 cm3/g,比表面積為849.71 m2/g。KS6的比表面積為26 m2/g,粒徑分布D50=3 μm,D90=7 μm(數(shù)據(jù)來自廠家);CNT的直徑約為400 nm,管長5～30 μm,比表面積為40～300 m2/g(數(shù)據(jù)來自廠家)。比較3種碳材料可知,MC的孔隙最豐富,能夠負載更多的硫,更適于作為Li-S電池的導電基體材料。

圖1 MC的BET圖

3種碳材料、單質(zhì)硫和3種復合材料的XRD圖譜如圖2所示。由圖2a可知,KS6的衍射峰位于2θ=26.4°,同時在2θ=42.0°左右出現(xiàn)非晶態(tài)峰。CNT的衍射峰和非晶峰則分別位于25.9°和42.0°附近。MC樣品在23.0°和44.0°附近各有一個“饅頭峰”,表現(xiàn)出較強的非晶態(tài),表明其結(jié)構(gòu)呈無定型態(tài)。由圖2b可見,單質(zhì)硫呈現(xiàn)出多晶體的多個衍射峰,根據(jù)標準圖譜,這表明單質(zhì)硫具有典型的斜方晶系結(jié)構(gòu)。3種復合材料中硫的衍射峰強度均有所減弱,且有部分寬化,表明經(jīng)研磨和加熱后,部分單質(zhì)硫熔化進入碳基體,弱化了硫的晶體衍射峰,并且S-MC復合材料衍射強度最弱。MC孔洞結(jié)構(gòu)豐富,孔容較大,能容納更多的單質(zhì)硫,因此硫的衍射強度減弱程度最明顯。

圖2 碳、單質(zhì)硫和復合材料的XRD圖譜

硫碳復合材料的SEM形貌圖如圖3所示。3種碳基體都具有納米級別的孔隙結(jié)構(gòu),適于硫的填充。由于制備的MC具有849.71 m2/g的最大比表面積,具有更強的吸附單質(zhì)硫的能力,能提高硫的負載量。

圖3 S-KS6、S-CNT、S-MC的SEM圖和S-MC的S、C分布圖

由圖3a可見,單質(zhì)硫經(jīng)加熱后有部分滲入了KS6石墨片層的空隙,形成多層夾心結(jié)構(gòu),但存在一定的團聚。圖3b中的CNT彼此相互纏繞形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),有利于提高其導電性，其中部分管口呈開放狀態(tài),有利于硫的滲入和在管內(nèi)壁沉積。另外碳納米管的外壁上也有硫顆粒的分布,并存在團聚現(xiàn)象。圖3c表明,單質(zhì)硫在MC中的分布狀態(tài)最為理想，MC具有更多形狀較為規(guī)則的孔,顆粒尺度較為均勻,顆粒表面較為致密,無明顯的團聚現(xiàn)象。由圖3d可以看出硫均勻分布在MC基體中。

3種正極材料的交流阻抗譜如圖4所示。由圖4可看出,3種材料均表現(xiàn)出典型的Li-S電池阻抗圖譜結(jié)構(gòu)。在高頻區(qū)為半圓,低頻區(qū)為斜線。高頻區(qū)的半圓弧與橫坐標軸的第1個交點代表電荷轉(zhuǎn)移電阻,是由電解質(zhì)中的離子電阻、活性材料的固有電阻以及在活性物質(zhì)/集流體界面的接觸電阻決定的,體現(xiàn)了在電極/電解質(zhì)界面上電化學反應的動力學阻力。由圖4可知，在進行充放電循環(huán)之前,3種樣品高頻區(qū)半圓弧與橫坐標軸的第1個交點基本重合,表明3種電池的電荷轉(zhuǎn)移電阻基本相同。S-MC 樣品的半圓弧半徑最小,說明其電荷傳遞阻抗最小;S-CNT的半圓弧半徑最大,表示其電荷傳遞阻抗最大,這可能取決于每種碳材料自身的結(jié)構(gòu)特點和導電性能。

圖4 樣品S-KS6、S-CNT和S-MC的交流阻抗曲線

KS6為片層狀結(jié)構(gòu),碳原子以sp2雜化形式存在[18],其導電性優(yōu)于CNT,MC的導電性則明顯優(yōu)于KS6和CNT。由于MC擁有較高的孔隙率和大的比表面積,孔隙內(nèi)壁和硫單質(zhì)間的接觸面積大大增加,能夠獲得較大的反應區(qū)域和更好的電子轉(zhuǎn)移能力,因而S-MC復合材料的導電性能明顯提高。3種樣品各自的低頻區(qū)直線斜率都大于理論值1,意味著緊跟高頻區(qū)電荷轉(zhuǎn)移阻抗的半圓之后是一個容抗弧,表明正極的電化學反應過程存在一定的電容行為[19],對應著雙電層電容通過傳荷電阻的充放電過程。因為此時電化學反應尚未發(fā)生,傳荷電阻很大,所以容抗弧很大[20]。3種樣品的交流阻抗圖譜在低頻區(qū)的直線斜率各不相同,表明3種材料中鋰離子的擴散能力各有差異[21],可以結(jié)合其他電化學測試手段,對3種樣品的綜合性能作進一步的分析和比較。

3種復合正極材料的循環(huán)伏安(CV)曲線如圖5所示。CV曲線的2個還原峰分別對應Li-S電池放電過程中2個放電平臺。典型的硫電極在高電壓區(qū)的還原峰在2.4 V左右,對應單質(zhì)硫被還原成高階多硫離子,并與鋰離子反應生成易溶于電解液的長鏈多硫化鋰(Li2Sn,n≥4),受化學過程控制;低電壓區(qū)的還原峰則位于1.9 V附近,對應于長鏈多硫化鋰被進一步還原成短鏈多硫化鋰(Li2Sn,n<4)以及不溶于電解液的Li2S2和Li2S的過程,屬于擴散控制過程。2個還原峰的峰值電位差值就是由擴散控制引起的濃差電勢[22]。

圖5 S-KS6、S-CNT和 S-MC的循環(huán)伏安曲線

由圖5可知,S-KS6和S-CNT的CV曲線均在1.8～1.9 V和2.4 V左右出現(xiàn)2個還原峰,S-MC的2個還原峰則分別出現(xiàn)在2.0 V和2.3 V附近。S-MC電極具有較高的峰電流,且峰形尖銳;S-CNT電極峰電流值最小。S-KS6電極氧化峰電流值與S-MC差別不大,峰形很寬,這兩者均顯示了較為嚴重的極化。而且S-KS6和S-CNT的CV曲線中氧化、還原峰各自對應的面積大小差別較大,意味著電化學反應的可逆性較差。說明在相同的測試條件下,S-MC電極具有較小的電極極化、較高的電化學活性及較好的電化學可逆性。這與MC的結(jié)構(gòu)特點有關(guān),顆粒堆積形成的導電網(wǎng)絡提高了電子電導率,豐富的孔洞構(gòu)造有利于電解液的滲透,高比表面積和孔容能夠充分吸附活性物質(zhì),有效減少多硫化鋰溶解造成的活性物質(zhì)流失,在一定程度上抑制了穿梭效應。

3種電池在不同倍率下的首次放電曲線如圖6所示。在首次放電過程中均出現(xiàn)2個平臺,一個在2.4 V附近,對應于易溶于電解液的高階多硫化鋰(Li2Sn,n≥4)的生成過程；另一個在1.9～2.1 V的范圍內(nèi),對應于高階多硫化鋰被進一步還原為S2-,直至生成不溶于電解液的Li2S2和Li2S的過程。這2個放電平臺分別對應于CV曲線的2個還原峰,其中低電壓平臺貢獻的容量達到總?cè)萘康?5%以上[23]。同時,活性物質(zhì)的利用率直接關(guān)系到電池的比容量,硫在導電基體中的分布越均勻,其對充放電過程的參與程度就越高,電池的充放電能力也會隨之得到提升。S-KS6在2種倍率下初次放電過程中的高放電平臺均最不明顯,可能是由于基體碳材料本身對多硫化鋰的吸附作用相對較弱,穿梭效應明顯。多硫化鋰的迅速擴散一方面導致了活性物質(zhì)流失,另一方面與鋰發(fā)生反應,導致容量的不可逆損失和庫倫效率的降低,這與庫倫效率曲線的特點一致。

圖6 樣品S-KS6、S-CNT和S-MC的首次放電曲線

0.1C放電倍率下S-KS6、S-CNT和S-MC3種復合電極的首次放電比容量差別不大,分別為1 371、1 286、1 389 mA·h/g,但100次循環(huán)后比容量有較大差異,分別為210、238、651 mA·h/g。這一結(jié)果表明S-MC樣品的活性物質(zhì)利用率最高,硫在其中的吸附較之其余兩者更為均勻,分散程度更為理想。0.2C倍率下S-MC首次放電比容明顯高于其余兩者,為1 313 mA·h/g,100次循環(huán)后的容量仍保持在637 mA·h/g,并且其放電平臺最寬,而且放電平臺的電壓值也高于其余兩者,尤其是低電壓平臺,曲線平穩(wěn)飽滿,說明其導電性最好,電池內(nèi)部極化率最小,能量密度較高,放電的倍率性能良好。由此可見,MC網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)能夠有效提高硫正極的充放電和循環(huán)性能,這與交流阻抗和循環(huán)伏安測試的結(jié)果是一致的。因此S-MC復合材料無論是可逆容量還是循環(huán)穩(wěn)定性都優(yōu)于其他2種電池。

S-KS6、S-CNT和S-MC在0.2C放電倍率下的庫倫效率曲線如圖7所示。

圖7 S-KS6、S-CNT和S-MC的庫倫效率曲線

充放電效率是衡量穿梭效應嚴重程度的重要指標。由圖7可知,S-MC樣品的庫倫效率曲線中,前幾次充放電效率呈現(xiàn)不規(guī)律的波動,這可能是由于電池尚未達到穩(wěn)定狀態(tài),同時前幾次循環(huán)過程中產(chǎn)生的多硫離子溶解擴散至鋰負極并與其發(fā)生反應,不可逆放電產(chǎn)物Li2S2和Li2S 沉積在鋰負極表面形成鈍化膜,造成活性物質(zhì)硫的消耗,影響了電池的電化學性能。庫倫效率曲線顯示在第20次循環(huán)左右趨于穩(wěn)定,表明多硫離子在很大程度上被固定于MC骨架中,電化學反應的可逆程度大大提高。總體來說該材料的充放電效率非常高,一直維持在95%以上,有效改善了由穿梭效應而引起的循環(huán)效率低的問題,表現(xiàn)出良好的可逆性。由圖7可知，S-KS6、S-CNT復合材料的庫倫效率曲線波動明顯,庫倫效率平均值均遠低于S-MC復合材料,說明這2種材料的穿梭效應比較嚴重,在循環(huán)中有較多的不可逆容量產(chǎn)生,這應該與電池的自放電和負極上“死鋰”的產(chǎn)生有關(guān),每一次充放電循環(huán)均有部分容量由于這些因素的存在而被消耗,在充電過程中,這部分損失的硫無法被重新氧化,活性物質(zhì)的利用率大大降低,從而造成容量的不斷衰減和循環(huán)性能的下降。

3 結(jié) 論

本文制備了S-KS6、S-CNT和S-MC 3種硫正極復合材料,測試了碳和硫碳復合材料的形貌、結(jié)構(gòu)、孔隙率。對組裝的Li-S電池分別進行交流阻抗、循環(huán)伏安和恒流充放電性能測試。結(jié)果表明,S-MC復合正極材料在0.1C的放電倍率下首次放電比容量為1 389 mA·h/g,0.2C倍率下首次放電比容量為1 313 mA·h/g,100次循環(huán)后,庫侖效率保持在95%以上。因此,相比于傳統(tǒng)碳材料,硬模板法制備的MC更適合于Li-S電池的正極復合材料。

[1] WANG M,ZHANG H,ZHANG Y,et al.A modified hierarchical porous carbon for lithium/sulfur batteries with improved capacity and cycling stability[J].Journal of Solid State Electrochemistry,2013,17(8):2243-2250.

[2] BRUCE P G,FREUNBERGER S A,HARDWICK L J,et al.Li-O2and Li-S batteries with high energy storage[J].Nature Materials,2012,11(1):19-29.

[3] EVERS S,NAZAR L F.New approaches for high energy density lithium-sulfur battery cathodes[J].Acc Chem Res,2013,46(5):1135-1143.

[4] JAYAPRAKASH N,SHEN J,MOGANTY S S,et al.Porous hollow carbon@sulfur composites for high-power lithium-sulfur batteries[J].Angew Chem Int Ed,2011,50(26):5904-5908.

[5] ZHANG B,QIN X R,Li G,et al.Enhancement of long stability of sulfur cathode by encapsulating sulfur into micropores of carbon spheres[J].Energy & Environmental Science,2010,10(10):1531-1537.

[6] LIANG C,DAI S.Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen-bonding interaction[J].Journal of the American Chemical Society,2006,128(16):5316-5317.

[7] LI L,LI L,GUO X,et al.Synthesis and electrochemical performance of sulfur-carbon composite cathode for lithium-sulfur batteries[J].Journal of Solid State Electrochemistry,2013,17(1):115-119.

[8] DING Bing,YUAN Chongzhou,SHEN Laifa,et al.Encapsulating sulfur into hierarchically ordered porous carbon as a high-performance cathode for lithium-sulfur batteries[J].Chemistry-A European Journal,2013,19(3):1013-1019.

[9] EVERS S,YIM T,NAZAR L F.Understanding the nature of absorption/adsorption in nanoporous polysulfide sorbents for the Li-S battery[J].Journal of Physical Chemistry C,2012,116(37):19653-19658.

[10] JI X,LEE K T,NAZAR L F.A highly ordered nanostructured carbon-sulphur cathode for lithium-sulphur batteries[J].Nature Materials,2009,8(6):500-506.

[11] WANG D W,ZHOU G M,LI F,et al.A microporous-mesoporous carbon with graphitic structure for a high-rate stable sulfur cathode in carbonate solvent-based Li-S batteries[J].Phys Chem Chem Phys,2012,14(24):8703-8710.

[12] ZHAO C R,WANG W K,YU Z B,et al.Nano-CaCO3as template for preparation of disordered large mesoporous carbon with hierarchical porosities[J].Journal of Materials Chemistry,2010,20(5):976-980.

[13] XU B,PENG L,WANG G,et al.Easy synthesis of mesoporous carbon using nano-CaCO3as template[J].Carbon,2010,48(8):2377-2380.

[14] ZHAO Chunrong,WANG Weikun,LIU Rongjiang,et al.LMC/S composite synthesized by vacuum impregnation at normal temperature[J].Battery Bimonthly,2010,40(1):6-9.

[15] POGNON G,BROUSSE T,BE′LANGER D.Effect of molecular grafting on the pore size distribution and the double layer capacitance of activated carbon for electrochemical double layer capacitors[J].Carbon,2011,49(4):1340-1348.

[16] KRUK M,JARONIEC M.Gas adsorption characterization of ordered organic-inorganic nanocomposite materials[J].Chemistry of Materials,2001,13(10):3169-3183.

[17] 余勁鵬,張明,丁飛,等.碳膜夾層鋰硫電池的電化學性能[J].電化學,2014(2):105-109.

[18] YIN Zhixiang,CUI Jianzhong,ZHI Lingyin,et al.Molecular beacon based DNA computing model for general satisfiability problem[J].Chinese Journal of Computers,2008,31(12):2200-2206.

[19] CHENG H,CHENG Z,BOSHENG S,et al.Molecular beacon-based DNA computing model for maximum independent set problem[C]//International Conference on Intelligent Computation Technology & Automation.IEEE Computer Society,2010:732-735.

[20] 賈錚,戴長松,陳玲.電化學測量方法[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008:184-185.

[21] 唐瓊,李合琴,張靜,等.碳結(jié)構(gòu)對鋰硫電池性能的影響[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版),2013,36(11):1335-1338.

[22] 熊仕昭,謝凱,洪曉斌.溫度對鋰硫電池放電過程的影響[J].國防科技大學學報,2012,34(2):150-154.

[23] 于金花,張世超,王永輝,等.電解質(zhì)組成對鋰-硫電池電化學性能的影響[J].電源技術(shù),2008,32(6):389-391.

(責任編輯 閆杏麗)

Preparation of mesoporous carbon and its effect on properties of lithium-sulfur batteries

ZHANG Jing1,2, LI Heqin2, TANG Qiong1,2, HUANG Yiqin2, ZUO Min2, BAI Peiwen2

(1.School of Electronic Science and Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The mesoporous carbon(MC) was prepared by hard-template method. The properties of MC and sulfur-MC(S-MC) cathode materials for lithium-sulfur(Li-S) batteries were characterized by BET,XRD and FESEM. The electrochemical performance of the Li-S batteries with the conductive matrices of MC, conductive graphite KS6 and carbon nanotube(CNT) was determined by AC impedance, cyclic voltammetry and constant-current charge and discharge. The experimental results show that S-MC is superior to the other two kinds of composites with the specific capacity of 1 389 mA·h/g and 1 313 mA·h/g in the first discharge at the current rate of 0.1C and 0.2C, respectively. Its coulombic efficiency at 0.2C after 100 cycles is over 95%.

lithium-sulfur(Li-S) battery; conductive graphite KS6; carbon nanotube(CNT); mesoporous carbon(MC); specific capacity; coulombic efficiency

2015-07-15

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目(4115100010);中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項基金資助項目(XDA03040000)

張 靜(1978-),女,安徽阜陽人,博士生,合肥工業(yè)大學講師; 李合琴(1956-),女,山東德州人,博士,合肥工業(yè)大學教授,博士生導師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2016.11.008

TQ152

A

1003-5060(2016)11-1477-06