椰壳活性炭在锂离子电池中的运用越来越广

　　椰壳活性炭在锂离子电池中的运用越来越广

 

　　锂离子电池具有独特的性能优势，应用于笔记本电脑、相机和各种移动通信设备等便携式设备中。大容量锂离子电池已经用于电动汽车。经过多年的发展，以锂化合物（如LiMn2O、LiCoO2、LiFePO4）为电极材料的传统锂离子电池的容量已接近其理论专用容量（<300mAh/g），但仍不能满足当前的能源需求。因此，开发高能耗的储能系统迫在眉睫。

 

　　锂硫电池是一种基于16Li+ S8-8Li2S电化学反应的新型二级电池系统，由锂金属为负极，硫为正极。其理论特异性容量为1675mAh/g，能量密度为2600Wh/kg，远高于传统的锂离子电池。锂硫电池由于其特异性强、价格低、安全性强、无毒、丰富的原料来源，越来越受到人们的关注。然而，由于硫及其排放产品Li2S/Li2S2的绝缘性，以及多硫化锂（一种在充电和排放过程中生产的中间产品）的溶解性和穿梭效应，导致产能衰减和循环降解，阻碍了商业化进程。

　　为了解决这些问题，多孔结构可以通过使用具有良好导电性的矩阵材料来构建。S被装在毛孔里。在充电和放电过程中，电子通过三维导电网络传输到相反的界面。Li + 通过连接的通道扩散到反应站点，使电化学反应得以顺利进行。碳材料由于其优良的导电性、多种结构、低成本和易于制备的多孔结构，具有高特定表面积和高孔隙度，因此应用于锂电池中。取得了良好的效果，如碳纳米管、石墨烯、空心碳微球、分级多孔碳等。

 

　　椰壳活性炭具有高特异性表面积和高孔隙度。毛孔结构可以通过不同的制备方法进行调整。锂电池阴极材料可通过用硫填充硫微孔制备，具有良好的电化学性能和循环稳定性。由于椰子壳活性炭孔度高，可用于尽可能多地装载硫磺，有利于提高锂电池的储能密度。同时，椰子壳中丰富的微孔活性炭具有很强的吸附能力，延缓了多硫化物向孔外扩散，从而抑制了多硫化物的穿梭作用，提高了库隆效率和电池的循环稳定性。多孔碳的孔隙结构和特定表面积对锂硫电池的电化学性能有重要影响。

 

　　为了证实这一点，我们用椰子壳作为化学活化方法的原料，制备了具有不同特定表面积和孔隙结构的活性炭。通过改变制备工艺参数，调整了活性炭的具体表面积和孔隙结构。研究了孔隙结构对锂硫电池性能的影响，采用60%的硫作为阴极材料。结果表明，锂硫电池的特异性容量随着特定表面积的增加和活性炭中多孔比的提高而增加。活性炭特定表面积达到2900m2/g，中度率达到15.36%。当当前密度为 200mA/g 时，第一次放电容量为 1294.5mAh/g，100 个周期后可逆特定容量仍高达 809.3mAh/g。

 

　　实验证明了这一结论，相信椰子壳活性炭的开发将在不远的将来进入一个新的高度。