高性能リチウム硫黄電池のための高硫黄ナノ粒子含有量を含む3次元の多孔質炭素複合材料

硫黄は、理論的容量が高いため、リチウム硫黄電池の有望なカソード材料です（1,675 ma h g（-1））。ただし、その電気伝導率が低く、硫黄ベースの電極の不安定性は、その実用的な用途を制限しています。ここでは、硫黄ナノ粒子（3D S@PGC）を含む3次元の多孔質グラファイト炭素複合材料を調製するための容易なin situ方法を報告します。この戦略を使用すると、複合材料の硫黄含有量を高レベル（最大90重量％）に調整できます。硫黄含有量が多いため、硫黄粒子のナノスケール分布、硫黄とPGCの間の共有結合により、開発された3D S@PGCカソードは優れた性能を示し、硫黄利用率が高く、高容量が高くなります（1,382、1,242および1,115 ma h g（-1）0.5、1、2 cでそれぞれ）、長いサイクリング寿命（2 cで1,000サイクルで0.039％の少量減衰）、高電荷/放電電流での優れた速度能力能力。

Sulfur is a promising cathode material for lithium-sulfur batteries because of its high theoretical capacity (1,675 mA h g(-1)); however, its low electrical conductivity and the instability of sulfur-based electrodes limit its practical application. Here we report a facile in situ method for preparing three-dimensional porous graphitic carbon composites containing sulfur nanoparticles (3D S@PGC). With this strategy, the sulfur content of the composites can be tuned to a high level (up to 90 wt%). Because of the high sulfur content, the nanoscale distribution of the sulfur particles, and the covalent bonding between the sulfur and the PGC, the developed 3D S@PGC cathodes exhibit excellent performance, with a high sulfur utilization, high specific capacity (1,382, 1,242 and 1,115 mA h g(-1) at 0.5, 1 and 2 C, respectively), long cycling life (small capacity decay of 0.039% per cycle over 1,000 cycles at 2 C) and excellent rate capability at a high charge/discharge current.