锂硫电池用杂原子掺杂碳纳米管/硫复合柔性自支撑正极的制备及电化学性能研究

作者：赵奇; 李亚利; 邱昀淙; 宋远强

来源：化工新型材料, 2021, 1-16.

• 浮动催化化学气相沉积
• 掺杂碳纳米管膜
• 锂硫电池
• 穿梭效应

碳纳米管膜具有丰富的孔道结构、大比表面积、高导电性及优异的柔性，可通过负载硫形成柔性碳纳米管/硫复合膜，用于锂硫电池正极材料。为了提高锂硫电池的循环稳定性，抑制“穿梭效应”，通过浮动催化化学气相沉积法（FCCVD）分别制备了氮掺杂和硼掺杂的碳纳米管膜（N-CNT膜和B-CNT膜），然后通过浸渍工艺负载硫后得到掺杂型碳纳米管/硫复合柔性自支撑正极膜。微观表征显示：复合膜中硫和碳纳米管在纳米尺度复合均匀。膜厚度为130 μm的情况下，硫负载量为3 mg/cm2。复合膜均具有良好导电性：CNT正极电导率为4.62 S/m，N-CNT正极电导率为0.86 S/m，B-CNT正极电导率为1.29 S/m。作为锂硫电池正极，B-CNT正极表现出最佳性能：在0.2 C倍率下首次放电容量达到1197.3 mAh/g，200次循环后容量保持在950.2 mAh/g，1 C倍率下放电比容量仍旧保持在615.5 mAh/g。分析认为：碳纳米管良好的导电性和丰富的孔结构同时提供了高效的电子和离子传输通道；硼原子掺杂向碳纳米管引入极性，增强了碳纳米管网络对聚硫离子的吸附作用，抑制了“穿梭效应”。本文的研究结果为高比容、高循环稳定性锂硫电池正极材料研发提供了解决思路。

• 单位
  材料科学与工程学院; 常州大学; 浙江清华柔性电子技术研究院