摘要:锂硫电池相比于传统的锂离子电池具有更高的理论比容量,在电化学储能领域展现出良好的应用前景,有望成为新一代电池储能体系。然而锂硫电池在充放电过程中存在正极活性物质导电性差、充放电体积膨胀、多硫化锂的穿梭效应等问题,严重降低了电池的比容量和循环寿命,制约了其进一步发展。针对锂硫电池存在的以上问题,本文采用硬模板法制备了一种具有分级多孔纳米结构的单原子钴掺杂MOF衍生碳材料(Co-NHPC)作为锂硫电池正极载硫材料。所制备的Co-NHPC在模板剂的作用下比普通MOF衍生碳材料具有更高的比表面积(1856 m2?g-1),大孔和介孔占比显著提高,对多硫化锂起到了明显的物理吸附效果。Co-NHPC碳材料与单质硫的复合,显著提高了正极的电子转移速率,其复杂的分级多孔结构不仅可以限制多硫化锂的穿梭,还可以缓冲正极活性物质在充放电过程中的体积膨胀。通过在MOF中一步掺杂钴离子,可以在Co-NHPC碳材料中原位掺杂钴原子,得益于Co-NHPC的分级多孔结构, 钴原子与多硫化锂具有更大的接触面积,从而化学吸附多硫化锂,并充分参与电极反应,加快多硫化锂的转化。以此为正极材料组装的锂硫电池具有良好的长循环稳定性,在0.5 C倍率下放电初始比容量达664 mAh?g-1,充放电循环500次,平均每圈容量衰减率为0.06%。