摘" " 要： 針對鋰硫電池（LSB）中存在的硫利用率低、循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，采用簡單的靜電紡絲技術(shù)，并結(jié)合半碳化、硫化方法制備了一種獨立的硫化聚丙烯腈/羧基化多壁碳納米管（SPAN/MWCNTs-COOH）復(fù)合材料。將該材料直接用作鋰硫電池的正極材料，并探究了不同的MWCNTs-COOH添加量對電池循環(huán)性能的影響。結(jié)果表明：由于其獨特的納米纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電池中離子的快速轉(zhuǎn)移，提高了電池的電導(dǎo)率，所制備的正極材料具有庫倫效率高、循環(huán)穩(wěn)定性好、柔韌性好等特點。添加9%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） MWCNTs-COOH的正極材料在0.2 C循環(huán)200圈后的容量為533.97 mA·h/g，在0.5 C循環(huán)500圈后容量達(dá)到429.21 mA·h/g，在較高的電流密度1 C下，仍表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： 鋰硫電池；硫化聚丙烯腈；正極材料；自支撐；羧基化碳納米管；循環(huán)性能

中圖分類號： TM911.24；TQ152" " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" " " " " " " " 文章編號：" １６７１－０２４Ｘ（２０25）０1－００32－08

Effect of content of carboxylated carbon nanotubes on cycling performance of

lithium-sulfur battery SPAN cathode materials

ZHANG Xingxiang， MU Zhonglin， LIU Hao， LIU Haihui

（School of Material Science and Engineering， Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： Addressing the issues of low sulfur utilization and poor cycle stability in lithium-sulfur batteries （LSBs）， an independent sulfurized polyacrylonitrile/carboxylated multi-walled carbon nanotubes （SPAN/MWCNTs-COOH） a composite material of an independent sulfu is prepared using a simple electrospinning technique combined with semi-carbonization and sulfidation methods， which can be directly used as the cathode material for lithium-sulfur batteries. The impact of different additions of MWCNTs-COOH on the battery′s cycle performance is investigated. The results show that due to its unique three-dimensional nanofiber network structure， the composite material promotes the rapid transfer of ions in the battery and enhances the battery′s electrical conductivity. The prepared cathode material features high Coulombic efficiency， good cycle stability， and flexibility. The cathode material with 9% （mass fraction） MWCNTs-COOH exhibits a capacity of 533.97 mA·h/g after 200 cycles at 0.2 C， and a capacity of 429.21 mA·h/g after 500 cycles at 0.5 C. Even at a higher current density of 1 C， the composite material still demonstrates good cycle stability.

Key words： lithium-sulfur batteries； sulfurized polyacrylonitrile； cathode materials； free-standing； carboxylated carbon nanotubes； cycling performance

隨著化石資源的迅速枯竭和環(huán)境污染的加劇，迫切需要開發(fā)環(huán)境友好的新型可再生能源。由于常見可再生能源（風(fēng)能、地?zé)崮芎吞柲埽┑拈_發(fā)受到其間歇性的限制，近年來，開發(fā)具有高質(zhì)量和體積能量密度的高效儲能系統(tǒng)受到了人們密切的關(guān)注[1]。鋰硫電池（LSB）具有理論比容量高（1 675 mA·h/g）、能量密度高（2 600 mA·h/g）以及環(huán)境友好等特點，成為下一代最具發(fā)展前景的儲能系統(tǒng)[2-3]。此外，硫在自然界中儲量豐富、成本低，有利于LSB的商業(yè)化應(yīng)用[4]。然而，硫的絕緣性質(zhì)、多硫化物的穿梭效應(yīng)、體積膨脹以及鋰枝晶等問題，導(dǎo)致LSB中硫利用率低、循環(huán)穩(wěn)定性差，阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用[5]。

近年來，許多研究人員致力于開發(fā)新的技術(shù)和材料來解決LSB存在的問題。其中，對硫基正極材料進(jìn)行改性研發(fā)取得了系列進(jìn)展，最有效的策略是將碳材料作為硫的宿主材料，以提高其電化學(xué)性能[6-7]。碳材料具有豐富多樣的尺寸結(jié)構(gòu)：其比表面積大、導(dǎo)電性高、機械強度優(yōu)異，作為硫的基體材料可以解決LSB的諸多問題。目前，已有各式各樣的碳材料被廣泛應(yīng)用在LSB的正極，如石墨烯[8-9]、碳納米管（CNT）[10]、多孔碳材料[11]等。其中，CNT具有較高的電導(dǎo)率和較大的比表面積，可以提高硫正極的導(dǎo)電性；此外，CNT具有高縱橫比，可以制備自支撐柔性薄膜作為免集流體的硫正極基體，從而有效提高電池的能量密度。硫化聚丙烯腈（SPAN）是另一種有前途的正極材料，由Wang等 [12-13]于2002年首次提出，因其自放電率較低、庫倫效率接近100%，并且與碳酸酯類電解液具有良好的相容性而成為最熱門的研究方向。但是由于SPAN導(dǎo)電性較差，通常需要在表面涂覆導(dǎo)電材料或另外加入CNT才能組裝成電池。將SPAN和CNT組合成復(fù)合材料作為硫基體材料可以提高電池的整體性能，但添加何種CNT對改善電池性能更為有利，則沒有系統(tǒng)研究。

本團隊之前的研究[14]采用氨基化碳納米管（MWCNT-NH2）與PAN混合作為硫基正極基體材料，制備出SPAN/MWCNTs-NH2復(fù)合材料。該正極在1 C下循環(huán)400次后的比容量為594.8 mA·h/g，但是傳統(tǒng)的粉末材料在放電過程中會產(chǎn)生顯著的體積膨脹現(xiàn)象，減少電解液與活性物質(zhì)的接觸，導(dǎo)致電池性能衰減較快。Wang等[15]采用經(jīng)過酸化處理的CNT，與PAN共紡出納米纖維膜，隨后進(jìn)行熱處理載硫，制備出SPAN/CNT纖維膜正極，其中的納米纖維網(wǎng)絡(luò)可以加速電荷轉(zhuǎn)移，并為離子的傳輸提供通道。但酸化會在CNT表面引入缺陷，致使CNT表面官能團的種類和比例不可控。Abdul等[16]將S、PAN和CNT共紡，然后硫化制備出SPAN/CNT自支撐復(fù)合材料，其中添加了20% CNT的電極展現(xiàn)出最好電化學(xué)性能，在0.2 C下初始放電比容量644 mA·h/g，循環(huán)200圈后仍提供了560 mA·h/g的比容量。但是CNT具有較高的非極性，添加量過多會導(dǎo)致CNT難以均勻分散在硫電極中，導(dǎo)致不能與活性材料進(jìn)行良好的接觸。

羧基化多壁碳納米管（MWCNTs-COOH）在N，N′-二甲基甲酰胺（DMF）中具有較好的分散性，可以與PAN混合作為紡絲液。本文通過改變MWCNTs-COOH的含量，采用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合加熱硫化的方法制備了硫化聚丙烯腈/羧基化碳納米管（SPAN/MWCNTs-COOH）柔性納米纖維正極材料，進(jìn)行了系統(tǒng)表征，并研究了不同MWCNTs-COOH添加量對電池性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

材料與試劑：聚丙烯腈（PAN，重均分子質(zhì)量Mw=150 ku），分析純，美國Sigma-Aldrich公司； 羧基化多壁碳納米管（MWCNTs-COOH，外徑10～20 nm，純度95%，長度10～30 μm，羧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%），分析純，江蘇先豐納米材料科技有限公司；升華硫（S），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；N，N′-二甲基甲酰胺（DMF），分析純，天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司；鋰片、聚丙烯隔膜（Celgard 2400）、電解液1 mol/L LiPF6/EC+DMC （1 ∶ 1）+FEC（10%），電池級，廣東省東莞市科路得實驗器材科技有限公司。

儀器與設(shè)備：JDF05型靜電紡絲機，長沙納儀儀器科技有限公司；OTF-1200X型石英管式爐，合肥科晶材料技術(shù)有限公司；Gemini SEM500型熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM），英國卡爾蔡司公司；ultimMax 100型特征X射線能譜儀（EDS）（裝于熱場電鏡），英國牛津儀器有限公司；D8 ADVANCE型X射線衍射儀（XRD），德國Bruker公司；vario El cube型元素分析儀（EA），德國艾力蒙塔公司；XploRA PLUS型激光共焦掃描成像拉曼光譜儀（Raman），日本Horiba公司；Nicolet iS50型傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）、K-Alpha型X射線光電子能譜儀（XPS），美國Thermo Fisher Scientific公司；Land CT2001A型電池測試系統(tǒng)，武漢蘭博電子有限公司；CHI660E型電化學(xué)工作站，上海辰華儀器有限公司。

1.2 實驗過程

1.2.1 不同含量碳納米管納米纖維膜前驅(qū)體的制備

首先，將不同質(zhì)量的MWCNTs-COOH（分別為0.03、0.06、0.09、0.12 g）分別加入到9 g DMF中，超聲分散1 h得到均勻的分散液，然后分別將1 g PAN加入到上述分散液中，在60 ℃下磁力攪拌12 h，靜置脫泡得到紡絲液。將紡絲液注入到5 mL注射器中（其中選用的針頭規(guī)格為21 G），靜電紡絲參數(shù)為：紡絲電壓15 kV，紡絲速率0.001 6 mm/s，針頭與鋁箔之間的接收距離為18 cm。采用鋁箔收集纖維膜樣品，經(jīng)過恒溫干燥后，得到含有不同MWCNTs-COOH添加量的納米纖維膜前驅(qū)體，命名為PAN/MWCNTs-COOH-x（x = 3、6、9、12）。

1.2.2 SPAN/MWCNTs-COOH柔性納米纖維膜正極材料的制備

將經(jīng)過干燥處理后的纖維膜從鋁箔上揭下，裁剪成9 cm × 3 cm的長方形薄片，平鋪放入方形瓷舟內(nèi)，在纖維膜上方均勻地鋪一層過量的升華硫（其中纖維膜的質(zhì)量和硫的質(zhì)量比為1 ∶ 7），然后將瓷舟用鋁箔包住后放入管式爐進(jìn)行加熱硫化處理，在氬氣氛圍下以3 ℃/min的升溫速率升溫至450 ℃，并在此溫度下保持6 h，自然冷卻至室溫后，得到SPAN/MWCNTs-COOH復(fù)合材料，標(biāo)記為SPAN/MWCNTs-COOH-x（x = 3、6、9、12）。正極材料的制備過程如圖1所示。

1.2.3 電池的組裝

將制得的正極材料用切片機沖切成直徑為12 mm的圓片作為正極極片，極片的質(zhì)量約為0.003 g。金屬鋰片作為電池負(fù)極，按照負(fù)極殼、彈片、墊片、鋰片、隔膜、電解液、正極、正極殼的順序在充滿高純氬氣的手套箱內(nèi)組裝成CR2032型扣式電池，其中H2O質(zhì)量濃度 lt; 0.01 mg/L、O2質(zhì)量濃度 lt; 0.01 mg/L。

1.3 材料測試與表征

（1） 利用熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）觀察纖維的形貌：將纖維從鋁箔上揭下剪成小塊，粘到帶有導(dǎo)電膠的樣品臺上。測試前需進(jìn)行噴金處理，并進(jìn)行真空干燥，測試時加速電壓為10 kV。結(jié)合EDS Mapping能譜觀察樣品中的元素分布情況。

（2） 利用X射線衍射儀（XRD）分析復(fù)合材料的晶型和晶體結(jié)構(gòu)，測試條件為：測試輻射源為Cu靶Kα1射線（λ = 0.154 06 nm），工作電壓40 kV，工作電流40 mA，掃描角度范圍為10°～60°（2θ），掃描角速率5 °/min，在室溫下進(jìn)行測試。

（3） 利用激光共焦掃描成像拉曼光譜儀（Raman）對材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和樣品表面的缺陷程度進(jìn)行分析。激光波長為532 nm，光譜范圍為200～2 000 cm-1。

（4） 利用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）對樣品中的分子結(jié)構(gòu)和官能團進(jìn)行分析，以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面的信息。波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1。

（5） 利用元素分析儀（EA）分析樣品中元素的種類及含量，測試元素：C、N、H、S。

（6） 利用X射線光電子能譜儀（XPS）對材料的元素組成、化學(xué)鍵和原子價態(tài)等方面進(jìn)行分析。

1.4 電池電化學(xué)性能測試

將組裝好的扣式電池在測試系統(tǒng)上先靜置12 h，使電解液充分浸潤活性物質(zhì)，然后進(jìn)行電化學(xué)性能測試。采用Land CT2001A測試系統(tǒng)對其進(jìn)行循環(huán)性能測試和恒流充放電測試，測試條件：電壓1～3 V。采用CHI660E型電化學(xué)工作站對其進(jìn)行循環(huán)伏安測試（CV），測試條件：頻率范圍為0.01 Hz～100 kHz，掃描電壓窗口為1～3 V，掃描速率為0.1 mV/s，交流振幅為5 mV。所有測試均在25 ℃的恒溫箱中進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米纖維的形貌表征

圖2為不同MWCNTs-COOH添加量的納米纖維膜前驅(qū)體和硫化后纖維膜的SEM圖像。

由圖2可以看出：靜電紡絲PAN/MWCNTs-COOH納米纖維的形貌較為規(guī)整，纖維表面光滑無粘連，粗細(xì)較為均勻，保留了纖維的完整形態(tài)。纖維之間存在許多空隙，均勻互連形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，有利于后續(xù)與硫進(jìn)行反應(yīng)。PAN/MWCNTs-COOH纖維經(jīng)過硫化后，纖維形貌發(fā)生改變，纖維直徑明顯增加，這是由于纖維受熱收縮及硫鍵合到聚合物骨架上使纖維直徑增加。并且纖維之間相互交織、纏繞在一起，有利于離子和電子的傳輸，形成更好的導(dǎo)電通路。MWCNTs-COOH形成的多空腔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅可以提高硫正極的離子、電子導(dǎo)電率，而且有利于活性硫的高效負(fù)載。

圖3所示為SPAN/MWCNTs-COOH-12復(fù)合材料的EDS面掃能譜圖。從圖3中可以看出，C、N、S這 3種元素均勻地分布在納米纖維內(nèi)，沒有出現(xiàn)硫顆粒的聚集，表明硫應(yīng)該是負(fù)載在PAN基體內(nèi)，而不是聚集在表面上，說明S與PAN的反應(yīng)是充分的。

圖4所示為不同MWCNTs-COOH添加量的納米纖維膜的纖維直徑分布圖。由圖4可以看出，隨著MWCNTs-COOH含量的增加，纖維的直徑變大，當(dāng)CNT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時，纖維直徑顯著變大，并且纖維表面變粗糙，可能是由于MWCNTs-COOH添加過多，紡絲液黏度增加導(dǎo)致的。由于硫化后的纖維形貌產(chǎn)生變化，纖維粗細(xì)不均勻，所以不對其進(jìn)行直徑統(tǒng)計。

2.2 XRD圖譜分析

圖5所示為S、 PAN、 MWCNTs-COOH和SPAN/ MWCNTs-COOH-x（x = 3、6、9、12）復(fù)合材料的XRD圖。

從圖5（a）中可以看出，單質(zhì)硫在10°～60°（2θ）之間表現(xiàn)出許多尖銳而強烈的衍射峰[17]。PAN在16.6°和29.0°附近出現(xiàn)衍射峰，分別對應(yīng)（100）晶面和（110）晶面。MWCNTs-COOH在26.6°和44.9°處出現(xiàn)的特征衍射峰分別對應(yīng)于（002）晶面和（110）晶面，說明MWCNTs-COOH內(nèi)部可能會含有部分非晶碳相或少量的石墨相。從圖5（b）中可以看出，經(jīng)過加熱硫化后的4種復(fù)合材料均在25.5°左右展現(xiàn)出明顯的寬衍射峰，對應(yīng)于熱處理過程中PAN石墨化所產(chǎn)生的石墨（002）晶面[18-19]。沒有觀察到單質(zhì)硫和PAN（16.6°）的特征衍射峰，表明硫處于非晶態(tài)，說明本文成功制備出SPAN/MWCNTs-COOH復(fù)合材料。同時，隨著CNT添加量的增加，衍射峰的強度略有增加，說明材料的結(jié)晶度提高，材料的導(dǎo)電性能良好。

2.3 紅外光譜（FT-IR）分析

圖6為不同組成SPAN/MWCNTs-COOH復(fù)合材料的FTIR譜圖。

圖6提供了碳骨架原子分布的信息，其中位于1 495 cm-1處和1 245 cm-1處的特征峰分別對應(yīng)C■C鍵和C■N鍵的對稱伸縮振動。在1 365 cm-1處的特征峰對應(yīng)C—C鍵變形振動。940 cm-1處的峰對應(yīng)側(cè)鏈上S—S鍵伸縮振動，800 cm-1處的特征峰對應(yīng)主鏈上芳香六元環(huán)的呼吸振動[20]，670 cm-1和512 cm-1處的特征峰分別對應(yīng)于C—S鍵和S—S鍵的伸縮振動。這些特征峰表明PAN的成功硫化，由線性PAN結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱h(huán)鏈狀結(jié)構(gòu)。且隨著MWCNTs-COOH的增加，特征峰強度明顯增強，表明MWCNTs-COOH的加入有利于硫化反應(yīng)的進(jìn)行，并且PAN/MWCNTS-COOH在硫化過程中發(fā)生了脫氫、環(huán)化和芳構(gòu)化過程，證實了SPAN/MWCNTs-COOH復(fù)合材料的成功合成[21]。

2.4 拉曼光譜（Raman）分析和元素分析（EA）

圖7為不同組成SPAN/MWCNTs-COOH復(fù)合材料的拉曼光譜圖，通過拉曼光譜分析材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)。表1為不同復(fù)合材料的元素分析結(jié)果。

由圖7可知，在460 cm-1和912 cm-1處的衍射峰表示存在C—S鍵和S—S鍵。1 325 cm-1處的特征峰和1 521 cm-1處的特征峰分別歸因于碳質(zhì)材料中的D峰（無定形碳）和G峰（石墨化碳）。D峰和G峰的比值ID/IG代表了材料的缺陷程度，材料的缺陷程度越小，越有利于正極材料的電化學(xué)性能。結(jié)合表1元素分析測試結(jié)果，可以看出，隨著MWCNTs-COOH添加量的逐漸增加，復(fù)合材料的ID/IG逐漸減小，載硫量略有下降但是相差不是太大。該結(jié)果表明，適量的添加MWCNTs-COOH減小了材料的缺陷程度，有利于正極材料的電化學(xué)性能。

2.5 X-射線光電子能譜（XPS）分析

通過XPS測試進(jìn)一步分析了幾種復(fù)合材料中元素的化學(xué)狀態(tài)，如圖8所示。

以SPAN/MWCNTs-COOH-9為例，圖8（a）中C 1s、N 1s、S 2p、S 2s全部存在，說明在復(fù)合材料中主要含有C、N、S 這3種元素，與前文的EDS Mapping圖和元素分析測試結(jié)果一致。圖8（b）C 1s譜圖由3個峰組成，分別對應(yīng)sp2雜化的C—C鍵（285.0 eV）、sp2型C－N鍵（286.8 eV）和S—C＝N鍵（289.3 eV）。圖8（c）N 1s光譜顯示吡啶（C＝N—C， 398.3 eV）氮原子和吡咯氮原子（C—NH—C， 400.2 eV）的2個峰，表明PAN在硫化過程中交聯(lián)[22]。在圖8 （d）高分辨率S 2p譜圖中，光譜可以分為4個峰，位于161.6 eV左右的S 2p3/2峰歸屬于單C—S鍵，另一個位于163.6 eV的S 2p3/2峰來自短鏈有機硫化物鍵合到碳骨架上形成的C—S鍵；164.9 eV處的S 2p1/2峰歸屬于復(fù)合材料中非晶態(tài)硫或短鏈有機硫化物的S—S鍵；位于167.7 eV的S 2p3/2峰是衛(wèi)星峰[23- 24]。

2.6 電化學(xué)性能分析

圖9所示為不同復(fù)合材料在0.2 C和0.5 C下的循環(huán)性能曲線。

由圖9（a）可知，SPAN/MWCNTs-COOH-3、SPAN/MWCNTs-COOH-6、SPAN/MWCNTs-COOH-9、SPAN/MWCNTs-COOH-12在0.2 C下的初始放電比容量分別為475.2、539.9、927.36和797.9 mA·h/g；在第2次循環(huán)中放電比容量分別為244.72、211.73、217.89和198.38 mA·h/g。經(jīng)過幾十圈不同程度的活化過程，容量在循環(huán)100圈后趨于穩(wěn)定。經(jīng)過200圈循環(huán)后放電比容量達(dá)到458.62、486.08、533.97和529.75 mA·h/g，且?guī)靷愋示咏?00%。放電比容量隨著CNT含量的增加而增加，說明MWCNTs-COOH的加入提供了快速的電子傳輸路徑，以及其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)緩解了在充放電過程中的體積膨脹，從而提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性和放電比容量。圖9（b）給出了幾種材料在0.5 C下的循環(huán)性能曲線，與圖9（a）曲線類似，4種復(fù)合材料均經(jīng)過大約200圈的活化過程后，容量趨于穩(wěn)定。而且活化程度隨著MWCNTs-COOH添加量的增多而增大，說明MWCNTs-COOH的加入有利于電極的活化，提高放電比容量。經(jīng)過500圈的循環(huán)，4種復(fù)合材料的放電比容量分別達(dá)到382.66、402.36、429.21和438.15 mA·h/g。

以SPAN/MWCNTs-COOH-9為例，測試了其在高電流密度1 C下的循環(huán)性能，如圖10所示。SPAN/MWCNTs-COOH-9正極的初始放電比容量為491.7 mA·h/g，第2圈的放電比容量為169.73 mA·h/g，庫倫效率為94.03%。經(jīng)過200圈的活化，容量在第500圈最高達(dá)385.49 mA·h/g，庫倫效率接近100%。

對比添加不同CNT制備的LSB的電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn)[14-16， 25]，使用MWCNTs-COOH的電極的放電比容量比使用純MWCNTs的電極高，說明使用引入官能團的CNT比純CNT好，而使用MWCNTs-NH2的電極的放電比容量比使用MWCNTs-COOH的電極更高[13]，這是因為MWCNTs-NH2的漢森溶度參數(shù)值更接近PAN，更有助于CNT的分散，從而確保電極結(jié)構(gòu)均勻性。

圖11為SPAN/MWCNTs-COOH-9電極在經(jīng)歷過活化過程之后的循環(huán)伏安（CV）曲線。在0.1 mV/s的掃速下，對其進(jìn)行了CV測試，電壓范圍為1～3 V。

由圖11可知，在陰極掃描中，1.66 V處的還原峰表明形成了Li2S2/Li2S的還原產(chǎn)物[47]。在陽極掃描過程中，在2.48 V處出現(xiàn)的氧化峰表明Li2S2/Li2S完全氧化回到C—S或短鏈S—S物種[34]，這是由于添加MWCNTs-COOH增強了電荷轉(zhuǎn)移。并且觀察到，4條曲線幾乎重合，表明電極具有良好的容量可逆性。

3 結(jié) 論

本文采用靜電紡絲技術(shù)和加熱硫化的方法制備了柔性SPAN/MWCNTs-COOH復(fù)合材料作為電池正極，對其形貌、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行表征，并探究了不同含量的MWCNTs-COOH對電池電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：

（1） 采用靜電紡絲制備的PAN/MWCNTs-COOH納米纖維作為前驅(qū)體，經(jīng)過加熱硫化制備了柔性納米纖維正極，該材料無需粘結(jié)劑和集流體。硫化后的納米纖維形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅加速了電荷轉(zhuǎn)移，而且提供了快速的離子運輸通道，形成更好的導(dǎo)電通路，有利于活性硫的高效負(fù)載。

（2） 4種正極材料均需要經(jīng)過不同程度的活化過程，容量趨于穩(wěn)定。其中SPAN/MWCNTs-COOH-9正極材料展現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。在0.2 C和0.5 C的電流密度下，經(jīng)過50圈和200圈的活化后比容量分別達(dá)到533.97 mA·h/g和429.21 mA·h/g，并且在1 C的高電流密度下仍能循環(huán)超過500圈，是一種很有前途的先進(jìn)柔性鋰硫電池正極材料。

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本文引文格式：

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收稿日期： 2023-05-09

基金項目： 天津市科技軍民融合重大專項項目（18ZXJMTG00110）

通信作者： 張興祥（1962—），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為智能材料和高性能材料。E-mail： zhangpolyu@aliyun.com