硫化锌/氮硫共掺杂碳纤维复合材料的制备及其储锂特性

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(I_(D)/I_(G))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。