硫微孔的限域效应及锂硫电池用碳/硫复合电极材料

锂硫电池理论能量密度高达2564Wh/kg，是非常具有应用潜力的储能器件。因锂硫电池的正极材料单质硫在室温下为电子和离子的绝缘体，电化学过程易形成溶于电解液的多硫化物，导致稳定性差。本项目通过设计具有特定孔径分布的碳材料来研究硫在微孔中的限域效应，利用微孔限域效应来阻止多硫化物与电解液反应而发生溶解，从而提高硫电极的稳定性，并发展单质硫在碳材料孔中分布调控手段，采用原位或准原位手段表征硫在不同孔径中分布及电化学反应状态，阐明微孔限域作用对硫电化学反应行为的影响机制，并优化合成高性能碳材料/硫复合电极材料。基于上述研究，期望得到高功率、高能量、高稳定性的碳/硫复合电极材料，并提出其结构设计准则，为高能锂硫电池的储能机理及应用提供指导。

锂硫电池理论能量密度高达2564Wh/kg，是非常具有应用潜力的二次电池。因锂硫电池的正极材料单质硫在室温下为电子和离子的绝缘体，电化学过程易形成溶于电解液的多硫化物，导致稳定性和循环性能差。本项目通过设计具有特定孔径分布的碳材料来研究硫在微孔中的限域效应，利用微孔限域效应来阻止多硫化物与电解液反应而发生溶解，从而提高硫电极的稳定性，并发展单质硫在碳材料孔中分布调控手段，采用原位或准原位手段表征硫在不同孔径中分布及电化学反应状态，阐明微孔限域作用对硫电化学反应行为的影响机制，并优化合成高性能碳材料/硫复合电极材料。在此基础上发展锂硫电池正极用碳/硫复合电极材料可控制备方法，获得可实现高能量/高倍率锂硫电池应用高性能电极材料。为了促进锂硫电池的实际应用和根据研究发展，提高正极中活性物质的含量，发展了具有三明治结构全新的正极设计，逐渐形成了该领域的全新发展方向，同时也根据当前电池发展趋势之一柔性，设计了全新的柔性锂硫电池，并且探索了氧空位、复合等对于电化学性能的影响。本项目执行期间发表标注论文27篇（含一篇专著章节），其中影响因子大于10的论文10篇，占全部论文的37%，应J Mater Chem A和Energy Storge Materials主编邀请撰写了关于锂硫电池发展及碳材料在锂硫电池作用的综述，Energy & Environmental Science、Advanced Materials的邀请分别对于柔性锂离子电池，柔性锂硫电池等现状和未来的发展进行综述。发表的论文受到了国内外同行的高度关注，总引用次数接近1500次，在不到4年内，其中引用超过100次论文7篇，入选Highly cited paper论文10篇，1篇论文入选2014年中国百篇最具影响国际学术论文，申请专利29项，应德国德累斯顿科技大学的冯新亮教授邀请完成英文专著一章（约3万字）。本项目完全达到并超过了预期目标。