中國粉體網(wǎng)訊  隨著電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備的發(fā)展,，人類對(duì)新型高效儲(chǔ)能裝置的需求也在不斷增加,。鋰硫電池作為一種極具潛力的新型化學(xué)電源，具有高理論能量密度,，成本低,，環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì), 成為近年來高能量密度二次電池領(lǐng)域中的研究前沿和熱點(diǎn)之一,。然而，鋰硫電池目前仍面臨諸多問題,，包括單質(zhì)硫的低電化學(xué)活性，中間產(chǎn)物多硫化鋰的易溶性,，以及體積膨脹大等,，這極大的制約了鋰硫電池的發(fā)展。為解決以上問題,，針對(duì)硫正極的改性多采用碳材料作為硫載體,，以提高硫電極導(dǎo)電性、抑制多硫化鋰的溶出,。

傳統(tǒng)的石墨化sp²碳材料（如石墨烯,，碳納米管等）具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、機(jī)械柔性,，以及化學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定性,，非常適合作為導(dǎo)電負(fù)載基底應(yīng)用到各類儲(chǔ)能電極材料中。然而研究發(fā)現(xiàn),，傳統(tǒng)sp²碳材料在作為硫正極載體材料使用時(shí),，并不能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榇祟恠p²碳通常具有較低的孔隙率,，在形成硫碳復(fù)合物時(shí),，硫主要依靠弱吸附力附著于碳基底表面。這不利于單質(zhì)硫在導(dǎo)電碳基體上的分散,；且在長循環(huán)過程中,，多硫化鋰也極易向電解液中擴(kuò)散，造成活性物質(zhì)損失,，進(jìn)而導(dǎo)致電池性能衰減,。因而，設(shè)計(jì)構(gòu)筑新型sp²碳結(jié)構(gòu),，使其成為高效的載硫基體,，對(duì)于研發(fā)高性能硫正極具有重要意義。

近期,，中國科學(xué)院化學(xué)研究所郭玉國教授課題組開發(fā)出一種獨(dú)特的石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)的sp²型碳材料,，并將其作為硫載體，應(yīng)用在高倍率長壽命鋰硫電池,。該碳材料具有三維夾層結(jié)構(gòu),，由石墨烯作為骨架，周圍包覆sp²型碳層,，碳層中嵌有石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)單元,。該石墨化碳納米籠由幾層石墨化sp²碳包圍形成，內(nèi)部空腔直徑約為3~5 nm。采用溶液法將納米硫負(fù)載入石墨化碳籠單元內(nèi),。

該結(jié)構(gòu)作為活性硫的微型電化學(xué)反應(yīng)器具有較大的孔體積,，在高硫負(fù)載量（77wt%）情況下，不僅可以實(shí)現(xiàn)納米硫的高效分散,、充分發(fā)揮其電化學(xué)活性,，還可以有效抑制多硫化鋰的溶解穿梭，改善鋰硫電池的循環(huán)性能,。此外,，石墨烯骨架和高度石墨化的納米碳籠共同組建了一個(gè)高導(dǎo)電、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的三維sp²碳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，不僅有利于電子的高速傳輸,，同時(shí)可保證正極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該硫碳復(fù)合正極0.1 C電流密度下,，可發(fā)揮1375 mAh/g的比容量,，并在循環(huán)200次后，容量維持在943 mAh/g,；1 C電流密度下循環(huán)1000次,，容量保持率高達(dá)78.4%。與此同時(shí),，該電極材料具有優(yōu)異的高倍率性能,，在5 C的電流密度下，容量仍可達(dá)765 mAh/g,。

該石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)的提出,，為新型硫碳復(fù)合電極材料的合理設(shè)計(jì)開拓了新思路，并為開發(fā)高循環(huán)性能,、高倍率性能鋰硫電池以及其它高效儲(chǔ)能器件開辟了新的途徑,。