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《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提高，开发高效、环保的能源存储技术已成为研究的热点。
锂硫（Li-S）电池因具有高能量密度、低自放电率和环保性等优点，而成为下一代电池的重要候选者。
然而，Li-S电池的商业化进程仍面临许多挑战，如硫正极的导电性差、充放电过程中体积效应和穿梭效应等。
针对这些问题，研究者们正积极寻找改善方法，其中之一就是利用多孔碳材料作为硫的载体。
本文将详细介绍ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备方法及其在Li-S电池中的应用。
二、ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备1. 合成过程首先，需要合成ZIF-9金属有机骨架材料。
ZIF-9是一种由锌离子和有机配体组成的金属有机骨架（MOF）材料，具有高度多孔的结构和良好的化学稳定性。
合成过程中，将锌盐和有机配体在适当的溶剂中混合，通过调节pH值和温度等条件，使二者发生配位反应，生成ZIF-9。
然后，通过热解ZIF-9来制备多孔碳材料。
将ZIF-9在惰性气氛下进行高温热解，使有机配体发生热解反应，生成多孔碳材料。
在热解过程中，金属锌作为模板被蒸发，从而在碳材料中留下丰富的孔隙。
2. 制备工艺参数优化为了获得最佳的多孔碳材料，需要优化制备过程中的工艺参数。
例如，热解温度、热解时间和气氛等都会影响碳材料的结构和性能。
通过调整这些参数，可以获得具有不同孔径分布、比表面积和电导率的碳材料。
三、多孔碳材料在锂硫电池中的应用1. 硫的负载与复合将硫负载在多孔碳材料上，可以有效地提高硫的导电性和利用率。
通过控制硫的负载量、粒径和分布等参数，可以优化硫正极的性能。
同时，多孔碳材料还可以缓解硫在充放电过程中的体积效应，提高电池的循环稳定性。
2. 电池性能分析将负载了硫的多孔碳材料作为正极，与锂金属负极配对，组装成Li-S电池。
通过测试电池的充放电性能、循环稳定性和倍率性能等指标，可以评估多孔碳材料在Li-S电池中的应用效果。
ZIF-67衍生多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用探究专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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锂硫电池硫／导电聚合物正极材料的研究进展／俞栋等141锂硫电池硫／导电聚合物正极材料的研究进展。
俞栋，徐小虎，李宇洁，汪冬冬，周小中(西北师范大学化学化工学院，生态环境相关高分子材料教育部重点实验室，甘肃省高分子材料重点实验室，兰州730070)摘要综述了锂硫电池硫／导电聚合物正极材料的研究进展。
重点探讨了导电聚合物在硫基正极材料改性中的制备方法、结构设计，并对其中存在的问题进行了分析。
最后对硫／导电聚合物正极材料的进一步发展及商业化应用进行了展望。
关键词锂硫电池正极复合材料导电聚合物中图分类号：TM912文献标识码：A DOI：10．11896／j．iss n 1005—023X 2014．23．029Research Progress of Sulfur／ConductiVe PolymeI’s CathodeMaterials fOr Lithi叫n／SulfurBatteriesYU Dong，XU Xiaohu，LI Yuj ie，WANG Dongdong，ZHOU Xiaozhong (Key Laboratory of Eco_Environment-Related Pol珊er Materials of Ministry of Educa ti on，Ke y L ab or at o ry ofP01)咖er Materials of Gansu P rovin ce，Colle ge of Chemistry&Chemical E n gi n e e ri n g，No rt hw es t N or nl al U ni ve rs it y，L an zh ou 730070)A如sh‘act The res ear ch p r o g r e s s of sulfur／conductive polymers cath ode Imterials for hthiurn／sulfur bat te ri es is s ur n m ar i z ed T h e st r u c t u r al d e s i g n s，p r e p a r a t；o n p r o c e s se s，a n d of c o n d u c t i v e p o l y l n e r s in sulfur composites perfor_m a n c e i m pr o v e m e n t a s cathod e nlateriaIs a r e systeHlaticany discussed and problems as sociated with these rmterials a r ealso analyzed Fina l ly，t he f u rt h er de ve lop me nt an d the commercializat ion of sulfur／conductive polymers cath ode ma te—rials a re d isc uss ed．量(ey w o r d s lithium／sulfur batteries，cathode，composites，conductive polym ers减[20’2¨。
专利名称：一种表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究
专利类型：发明专利
发明人：杨文,陈平平,张小玲
申请号：CN201610444217.0
申请日：20160620
公开号：CN105938900A
公开日：
20160914
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料在锂硫电池正极中的研究。
本发明采用硬模板法和氨气活化法制备氮掺杂多孔碳材料，将该碳材料与升华硫粉混合均匀，密闭条件下加热合成碳硫复合材料，然后利用多巴胺在多孔碳表面聚合成膜后与氧化石墨烯化学交联从而获得表面修饰的氮掺杂多孔碳硫复合材料。
本文发明的复合材料的表面均匀包覆着聚多巴胺与氧化石墨烯，聚多巴胺富含的含氮功能基团及氧化石墨烯的含氧官能基团能很好地固定硫以及抑制多硫化物穿梭。
此外聚多巴胺与氧化石墨烯化学交联作用在碳材料表面形成类似贝壳结构使材料结构稳定，从而获得良好性能的锂硫电池正极复合材料。
申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号北京理工大学
国籍：CN
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锂硫电池硫基复合正极材料发展综述唐泽勋;叶红齐;韩凯;王治安【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2017(036)010【摘要】硫正极材料具有比容量高、资源丰富、环境友好等特点,由它与锂金属负极组成锂硫电池是一种极具应用前景的高能量密度的电池体系,在市场上有着极大的发展空间.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键之一,也是目前的研究重点.然而锂硫电池还存在着一些比较严重的问题,如硫的导电性差、"穿梭效应"和锂晶枝等.本文综述了近几年国内外锂硫电池硫正极材料在单质硫、金属硫化物和有机硫化物三个方面的最新研究进展,并展望了锂硫电池硫正极材料的发展方向.%Sulfur cathode material has the advantages of high specific capacity, abundant resources and environmental benignity. Lithium-sulfur battery based on sulfur cathode and lithium metal anode is regarded as a promising battery system with high energy density, which would have a great space for development in the market. Sulfur cathode material, as one of the essential ingredients for lithium-sulfur battery, is the key to improve the battery performance, and also one of the current research focus. However, there are still some serious problems for lithium-sulfur battery, such as poor conductivity of sulfur, shuttle effect and lithium dendrite. In this review, the recent research progress at home and abroad of sulfur cathode materials, including elemental sulfur, metal sulfides andorganic sulfides are introduced, and their development trend is also prospected.【总页数】11页(P1-11)【作者】唐泽勋;叶红齐;韩凯;王治安【作者单位】中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083;中南大学化学化工学院,湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.1,3-二氧戊环基LiCF3SO3电解液对锂硫电池正极材料单质硫的电化学性能影响[J], 苑克国;王安邦;余仲宝;王维坤;杨裕生2.锂硫电池硫基碳正极材料的研究进展 [J], 杨果;马壮;杨绍斌;沈丁3.锂硫电池用玉米苞叶基活性炭/硫复合正极材料的电化学性能 [J], 李巧乐;燕映霖;杨蓉;陈利萍;秦海超;史忙忙;魏一奇4.锂硫电池硫基碳正极材料及其改性研究进展 [J], 杨昆鹏; 万亚萌; 严俊俊; 何海霞; 李涛; 任保增5.硫-纳米碳复合柔性正极材料的制备及其在锂硫电池中的应用 [J], 邵姣婧;吴旭;龙翔;刘美丽;黄鑫威;庞驰;孙奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锂硫电池的容量保持率要求与硫正极结构优化研究锂硫电池是一种新型的高能量密度电池，具有较高的理论比容量和能量密度，被广泛认为是下一代电池技术的发展方向。
然而，锂硫电池在实际应用中存在容量衰减快、循环不稳定等问题，限制了其在商业化应用中的推广。
为了克服这些问题，研究人员一直在积极寻找提高锂硫电池容量保持率的方法，并对硫正极结构进行了优化研究。
首先，提高锂硫电池容量保持率的方法有很多。
一种常见的方法是在硫正极材料中加入导电剂，如碳纳米管、石墨烯等，以提高电极的导电性能，减少电化学反应的阻抗，使电池循环稳定性更好。
另一种方法是构建硫正极材料的复合结构，如硫/碳复合材料、硫/二氧化硅复合材料等。
这些复合结构可以提高硫正极材料的稳定性和电化学性能，从而延长锂硫电池的寿命。
其次，硫正极结构的优化研究对于提高锂硫电池的性能也非常重要。
传统的硫正极结构是由硫粉末组成的，但这种结构存在一些问题，如硫的极化现象、体积膨胀等，导致硫正极材料的容量衰减快。
因此，研究人员开始探索新的硫正极结构。
例如，一种常见的结构是硫多孔碳包覆结构，通过将硫包裹在多孔碳材料中，可以有效提高电极的电导率和稳定性，减缓硫的极化现象。
另一种结构是硫/碳复合材料，通过将硫粉末与碳纳米管等导电材料复合，可以提高硫正极材料的电化学性能和稳定性。
总之，锂硫电池的容量保持率是影响其商业化应用的关键因素之一。
通过添加导电剂、构建硫正极材料的复合结构和优化硫正极结构等方法，可以显著提高锂硫电池的容量保持率，延长其使用寿命，促进其在电动汽车、能源储存等领域的应用。
未来，随着研究的深入，相信锂硫电池的容量保持率会进一步提高，推动其商业化进程。
在锂硫电池中，硫正极是决定电池性能的关键因素之一。
然而，硫正极在充放电过程中会出现体积膨胀和溶解的问题，导致电池容量衰减快。
因此，研究人员一直致力于优化硫正极结构，以提高锂硫电池的循环寿命和容量保持率。
一种常见的硫正极结构是硫/碳复合材料。
锂硫电池用树脂基多孔碳/硫复合正极材料的研究锂硫电池具有较高理论能论能量密度(2600 Wh/kg)及理论比容量(1675 mA h/g),并且硫正极材料来源丰富、价格低廉和绿色环保,有望识成为新一代的储能体系,具有广阔的应用前景。
但活性物质硫的导电性差、充放电过程中体积变化大以及允放电过程中产生中间产物的可溶解性,导致其低的循环性能和倍率性能,从而限制了锂硫电池的实际应用。
因此,硫正极材料通常与各种具有导电性的碳材料结合起来,提高其电化学性能。
本文通过合成树脂基碳气凝胶材料用作锂硫电池硫正极基体材料,研究不同的孔道结构,特别是微孔结构对硫及多硫化物的束缚作用,在此基础上引入石墨烯纳米片层结构,制备石墨烯/碳气凝胶复合材料,石墨烯能够提供快速的电子通道,同时碳气凝胶可作为储硫的容器。
此外,采用稀土金属氧化物纳米颗粒对树脂基碳气凝胶进行修饰,增强基体材料对多硫化物的化学吸附能力。
具体工作内容如下:(1)采用间苯二酚(R),甲醛(F)为前驱体和碳源,无水碳酸钠(C)作为催化剂在水溶液中进行凝胶,随后进行冷冻干燥并热解形成碳气凝胶。
通过调节催化剂的含量,探讨其对碳气凝胶的形貌,比表面积及孔径分布的影响。
在此基础上,对富含有介孔结构的碳气凝胶,进一步采用KOH进行活化,制备出含有微孔-介孔的分级孔道结构,采用传统的熔融法对复合材料进行灌硫,并对其电化性能进行表征。
研究结果表明:经过KOH活化后的碳材料(A-CAs-4)具有大的比表面(1837.4m2g 1)及大的孔体积(2.276cm3g-1),0.1C(1 C=1675 mA g-1)放电倍率下,首次放电比容量为1260 mAh g-1、在1 C放电倍率下循环500次之后,可逆容量
保持在229 mAh g-1，其电化学性能表现优于所制备的其他材料,归因于其分级多孔结构。
值得一提的是,未经KOH活化而自身富含微孔的碳气凝胶材料的充放电曲线呈观三个平台,额外处于低电压的平台是由于较深微孔中的小分子硫
(S2-4)所引起的。
(2)在间苯二酚和甲醛的聚合过程中引入不同浓度的氧化石墨烯(GO),经过冷冻干燥和碳化之后形成树脂基碳气凝胶/石墨烯复合材料。
氧化石墨烯自身具有丰富的官能团可以作为有机凝胶的形核位点,同时可以作为催化剂使复合材料的形貌发生改变,并影响其孔径分布及比表面积。
经过碳化之后,石墨烯片层可以作为高速的电子通道,同时多孔的碳气凝胶可以作为硫的存储容器。
研究结果表明碳气凝胶/石墨烯(CA/GNs0.1)复合材料的比表面为665.477 m2 g-1,孔体积为0.912 cm3 g-1。
其碳/硫复合材料(CA/GNs0.1/S)材料作为正极材料,在0.1 C倍率下首次放电比容量为1501 mAh g-1,在1 C的倍率下循环100次和500次后比容量还能保持在471 mAh g-1和341 mAh g-1。
(3)采用原位聚合,及随后的热解工艺,制备一系列稀土金属氧化物纳米颗粒(Gd2O3)嵌入碳气凝胶的复合材料
(Gdx-CA),Gd203纳米颗粒(氧化还原电位在1.58 V)可以提供丰富的活性位点,通过化学吸附,束缚大量的活性物质,同时可以给硫及硫化锂(Li2S)提供形核位点。
相比之下碳材料只能通过物理束缚来限制硫及多硫化物,尽管微孔具有强的吸附能力,但开放的结构依然无法有效束缚活性物质。
因此将两者结合能够显著提高硫电极的电化学性能。
电化学性能结果表明,添加Gd203的硫正极表现出更稳定的循环性能及优异
的倍率性能。
尤其是S/Gd2-CA电极,在0.1 C倍率下首次放电比容量为1210 mAh g-1经过50次循环后555 mAh g-1,在1 C的倍率下循环100次和350次后比容量还能保持在317 mAh g-1和233 mAh g-1。
表明稀土氧化物颗粒的加入能够显著提升电池的循环性能,尤其在大倍率放电时尤为明显。
