硫化锌/氮硫共掺杂碳纤维复合材料的制备及其储锂特性

• 作者: 张毅 王文艳 王亚平 张伊放
• 来源期刊: 铜业工程
• 关键词: 硫化锌 碳纤维 异质原子掺杂 复合材料 锂离子电池
• 年，卷（期）: 2024,（4）
• 所属期刊栏目: 材料制备与加工工程
• 页码范围: 27-35
• 页数: 9页
• 语种: 中文

摘要

作为锂离子电池负极材料，碳基材料性能稳定但比容量有限，金属硫化物比容量较高但存在结构不稳定、易溶于电解液等问题，通过引入碳材料包裹金属硫化物，可维持结构稳定并防止中间产物的溶解。将硫粉和乙酰丙酮锌加入到聚丙烯腈的有机溶液中，采用静电纺丝法及后续热处理，合成了碳包覆ZnS复合纤维。X射线光电子能谱（XPS）结果表明，硫不仅与锌反应生成了ZnS，还对碳纤维进行了掺杂。在扫描电镜（SEM）和高角环形暗场像（HAADF）测试中可观察到纤维为棒状，外层碳为氮硫共掺杂碳，内部包裹着直径为100 nm左右的ZnS颗粒。在拉曼测试中可以看出：碳的D峰与G峰的强度比（ID/IG）达到1.35，表明碳纤维的无序程度较高。热分析结果表明，复合纤维中碳含量约为50%。电化学测试结果表明，ZnS@C在0.1 A/g的电流密度下首圈放电比容量高达834 mAh/g，单圈容量下降率仅有0.25%。在电流密度为1 A/g时，放电比容量可稳定于530 mAh/g，循环500圈基本无容量衰减。在1.0 mV/s扫速下，电极的赝电容贡献率达到77%，表现出良好的赝电容行为和优异的储锂特性。