用于高负载、低电解液浓度的锂硫电池的层次化孔结构碳负极

锂硫电池碳阴极采用浸渍-沉淀相反转策略构建分级孔结构和导电网络，有效抑制多硫化物迁移并提升循环稳定性，实现高能量密度（1000mAh g?1）和低电解液消耗（4μL mg?1）。

　　

在高能量和长寿命锂硫电池的研制过程中，多硫化物迁移、活性材料损失以及在高负载条件下的硫利用率低等问题始终存在。在这项研究中，我们采用浸渍-沉淀相转化策略制备了碳负极，该负极具有分层的大-中-小孔结构，并与致密的导电碳网络相结合。这种合理设计的碳负极能够有效限制多硫化物的移动，促进电子和离子的快速传输，并通过PVDF-HFP聚合物骨架提供良好的结构稳定性。这种碳负极表现出优异的性能：硫分布均匀，多硫化物保留能力强，氧化还原循环性能优异。使用这种碳负极的电池具有低极化现象、稳定的界面电阻以及较高的锂离子扩散系数。结果表明，采用这种碳负极的锂硫电池可达到约1000 mAh g^?1和600 mAh g^?1的峰值容量，面积容量超过4 mAh cm^?2。系统评估包括高倍率放电（C/20–1 C）、长期循环稳定性（200次循环）、高负载放电（高达10 mg cm^?2）以及低电解质浓度测试（低至4 μL mg^?1），均证实了该方法的优异材料性能和电池制备可行性。因此，本研究提出了一种实用且具有普适性的负极设计，它结合了分层孔结构以抑制多硫化物的扩散，并利用导电碳框架实现高负载下的硫电池性能。这种浸渍-沉淀相转化碳负极不仅具有高能量密度，还具有出色的稳定性，为下一代锂硫电池的发展提供了一种实用且可广泛应用的策略。