Small Methods: 共价有机框架衍生的硼氧共掺杂多孔碳作为锂硫电池的高效硫载体

高能量密度和长寿命的电池对于大规模新能源的开发和利用至关重要。其中,锂硫电池因为其能量密度大,比容量高,原材料来源丰富、价格低廉,被认为是有潜力的下一代高能量电池体系之一。目前由于硫单质和硫化合物(Li2S/Li2S2) 的低电导率,锂硫电池充放电过程中多硫化物在电解液中的溶解、穿梭效应等自身缺陷阻碍了其大规模的实际运用,因此开发具有高导电性,同时对多硫化合物具有较强吸附能力的正极材料是发展高性能锂硫电池的关键所在。

近日,上海大学王勇教授课题组报道了一种获得硼氧均匀共掺杂多孔碳锂硫电池用正极材料的新策略。通过在碳纳米管表面原位生长硼酸酯类的共价有机框架(COF)材料,然后高温煅烧得到了一种硼氧共掺杂多孔碳复合材料(BOC@CNT),用于锂硫电池的硫载体(BOC@CNT/S)。不同于常规的添加额外的含硼材料或者在煅烧过程中分别实现硼和氧掺杂碳,该研究工作中的硼和氧都来自于硼酸酯类共价有机框架前驱体,从而实现了两种掺杂元素在COF衍生得到的多孔碳中的均匀分布。BOC@CNT/S复合电极具有较好的电导率及多硫化合物锚定能力,有效抑制了循环过程中的容量衰减。BOC@CNT/S复合材料作为锂硫电池正极材料表现出较优异的电化学性能,包括高比容量 (在0.2 C电流密度下循环200圈后容量还能够维持1077 mAh g-1) 和长循环稳定性(1C大电流密度下循环500圈后容量还保持794 mAh g-1)。

该文章发表在国际高水平期刊Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900338)上。文章的第一作者是上海大学环境与化学工程学院博士生陈修栋,通讯作者为上海大学王勇教授。