沙暢暢，毛楊楊，曹永安，王文舉

（南京理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇南京210094）

1 研究背景及現(xiàn)狀

1.1 鋰硫電池研究背景

隨著能源改革以及發(fā)展電動(dòng)汽車等的需求日益增加，開發(fā)高比容量二次電池成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)?；陔x子插入材料陰極和石墨陽極的市售鋰離子電池的能量密度接近其上限值。在新型二次電池中，金屬鋰和單質(zhì)硫分別是比容量最高的固體負(fù)極和正極材料。硫元素豐富且無害，在地殼中的豐度為0.048%，并且具有1 675 mAh/g的比容量。鋰硫電池的理論能量密度（2 600 Wh/kg）則是鋰離子電池（420 Wh/kg）的6倍多，所以鋰硫電池被廣泛研究。鋰硫電池由正極硫材料、隔膜、電解液與負(fù)極鋰組成。鋰硫電池的充放電主要依賴于八環(huán)硫到多硫化鋰之間的氧化還原反應(yīng)[1]。放電時(shí)，鋰離子穿過電解液到達(dá)正極，把八環(huán)硫還原為長(zhǎng)鏈的Li2Sn(4＜n≤8)，然后長(zhǎng)鏈的多硫化鋰被繼續(xù)還原為短鏈的多硫化鋰Li2Sn(1≤n≤4)，其中，Li2S和Li2S2為固體。鋰硫電池負(fù)極材料會(huì)出現(xiàn)鋰枝晶等現(xiàn)象，常規(guī)電解液高度易燃[2]，而正極的問題更為復(fù)雜：

（1）硫和多硫化鋰的絕緣性導(dǎo)致活性材料的電化學(xué)利用率不高，硫的電導(dǎo)率（25℃）只有5×10-30S/cm。

（2）多硫化鋰除了Li2S和Li2S2都易溶于電解液，這就導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失，且短鏈的多硫化鋰更容易擴(kuò)散到負(fù)極材料并沉積，導(dǎo)致自放電，繼而被氧化成長(zhǎng)鏈的多硫化鋰穿梭回正極，這樣，活性材料不斷損失，即“穿梭效應(yīng)”?！按┧笮?yīng)”是鋰硫電池循環(huán)性能差的主要原因。

（3）各個(gè)中間產(chǎn)物的密度相差較大，如硫單質(zhì)密度為2.03 g/cm3，而Li2S的密度為1.67 g/cm3，導(dǎo)致體積膨脹收縮。一方面，對(duì)電池的安全性能提出考驗(yàn)；另一方面，這種膨脹收縮容易導(dǎo)致活性物質(zhì)從導(dǎo)電框架上脫落，從而造成活性物質(zhì)的進(jìn)一步損失，所以正極材料是近年來的研究重點(diǎn)[3]。

1.2 鋰硫電池正極材料的研究現(xiàn)狀

有關(guān)正極材料的研究主要在于制備滿足“3H”條件的材料?！?H”指“High areal S loading”，“High S content”和“High S utilization”，即高面載硫量、高硫含量、高硫利用率。到目前為止，制約鋰硫電池的應(yīng)用除了“穿梭效應(yīng)”之外，過多的非活性物質(zhì)也使電池整體的能量密度不夠高。目前對(duì)于正極材料的改進(jìn)也應(yīng)圍繞以上的要求。想與目前最先進(jìn)的鋰離子電池媲美，鋰硫電池正極面容量至少應(yīng)當(dāng)達(dá)到4 mAh/g。

提高面載硫量除了提高硫在正極材料中的質(zhì)量比之外，也可以考慮改進(jìn)摻硫方式。目前的摻硫方式主要有熔融法、溶劑法。而提高硫的利用率則更為復(fù)雜，主要分為物理方法和化學(xué)方法。物理方法，如設(shè)計(jì)三維納米結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)等，依靠納米級(jí)孔隙將硫單質(zhì)包裹住，同時(shí)將反應(yīng)區(qū)域分割為更小的空間，硫不容易團(tuán)聚，但這種方法很難達(dá)到較大的載硫量，且對(duì)支架材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有要求[4‐13]?；瘜W(xué)方法分別包括極性吸附和催化電化學(xué)反應(yīng)[9，14‐18]。合理設(shè)計(jì)材料可以集合這兩種方式，大大地提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

1.3 正極材料的主要改進(jìn)方法

提高正極的電化學(xué)反應(yīng)效率主要依靠增加活性材料與導(dǎo)電框架的接觸，提高正極材料的導(dǎo)電性以及引入一些可以催化電化學(xué)反應(yīng)的催化劑。限制硫的措施則主要分為物理固硫和化學(xué)固硫。物理固硫是利用材料的微孔防止硫擴(kuò)散出去，而化學(xué)固硫的方式更復(fù)雜，一般通過雜原子摻雜、引入金屬化合物等極性材料以及將硫鍵合到載體上等方法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，物理固硫本身也能將電化學(xué)反應(yīng)的空間分割為一個(gè)個(gè)更小的空間，提高活性物質(zhì)的利用率以及提高電化學(xué)反應(yīng)的速率；而化學(xué)固硫的一些措施也能同時(shí)提高硫及硫化物的導(dǎo)電性。

正極材料主要包括碳材料、導(dǎo)電聚合物和金屬化合物。目前對(duì)碳基材料的研究更為重視，因?yàn)樘疾牧鲜橇己玫目蚣懿牧?，輕質(zhì)而穩(wěn)定，對(duì)醚類電解液呈化學(xué)惰性，導(dǎo)電性良好、制備簡(jiǎn)易、來源豐富，易與其他材料結(jié)合或進(jìn)行不同的改性方案，其物理化學(xué)性質(zhì)也更容易調(diào)控。碳材料的制備方案主要包括：硬模板、軟模板和自模板。前兩者需要模板材料，且通常需要復(fù)雜的清洗過程。而自模板大部分以生物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)作為模板，制備工藝簡(jiǎn)單，更容易工業(yè)化。生物質(zhì)材料來源豐富，性質(zhì)各異，結(jié)構(gòu)易調(diào)控，且擁有豐富的表面官能團(tuán)[19]。其在鋰硫電池正極材料的優(yōu)勢(shì)主要為：（1）提高電極的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和柔性。（2）提供快速的電子傳導(dǎo)。（3）提高活性物質(zhì)的分散質(zhì)量以及內(nèi)部活性物質(zhì)與液體電解質(zhì)的接觸面積。（4）幫助承受活性物質(zhì)的體積變化。（5）大多數(shù)生物質(zhì)自身含有雜原子，能夠改善整體的化學(xué)吸附特性。大多數(shù)生物基碳材料電極框架都具有導(dǎo)電性，以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移。因此，生物材料在碳化后具有很大的潛力充當(dāng)電極框架[20‐22]。生物質(zhì)材料在鋰硫電池其他的部分也有廣闊的前景，如隔膜、電解液和集流體等[23‐27]。

1.3.1 生物質(zhì)碳材料 目前，以各種生物質(zhì)為前驅(qū)體通過自模板方法制備碳材料的方法被廣泛探索，如木材[28]、椰殼[24]、棉花[25]、牛骨[29]、大米[30]和山羊毛[31]等被用來制備碳材料并應(yīng)用于鋰硫電池正極材料。生物質(zhì)碳化方法主要分為高溫?zé)峤夂偷蜏厮疅?，且大多?shù)生物質(zhì)還需進(jìn)行活化才能獲得較好的孔隙結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)上，一般可將碳材料分為一維、二維和三維材料；而從化學(xué)組成來區(qū)分，則主要分為糖類、木質(zhì)素、半纖維素和纖維素、蛋白質(zhì)類材料。例如木棉、棉花和細(xì)菌纖維素屬于一維生物質(zhì)材料，其主要成分為纖維素。而淀粉類的材料如大米的碳化材料屬于三維材料。一維材料的典型是碳納米管，因長(zhǎng)程導(dǎo)電性而被應(yīng)用到鋰硫電池的正極材料中，缺點(diǎn)是其管徑較小，難以將硫單質(zhì)直接負(fù)載在管子里，造成活性物質(zhì)游離在碳材料之外，因而利用率不高。并且，一維材料容易團(tuán)聚，不利于硫的均勻負(fù)載[32]。二維材料也容易發(fā)生堆疊[33]。綜合比較，三維材料更容易對(duì)硫進(jìn)行包裹，進(jìn)行均勻的負(fù)載，且3D結(jié)構(gòu)的框架在提供更穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)和電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)方面顯示出優(yōu)勢(shì)[3，34‐35]。1.3.2 生物質(zhì)碳材料活化 不同的生物質(zhì)材料其自身的孔隙率和孔隙分布也各不相同，大部分生物質(zhì)孔隙并不發(fā)達(dá)，一般還需要活化劑，如ZnCl2、H3PO4、KOH等對(duì)生物質(zhì)碳基材料進(jìn)行活化造孔或者以高溫水蒸氣或CO2為介質(zhì)進(jìn)行物理方法造孔[29，36‐38]。此外，也有特殊的造孔方式被探索，如生物發(fā)酵法[39]、壓力膨脹法[30]以及用升華物質(zhì)[40]作為造孔劑。不同的生物質(zhì)應(yīng)考慮不同的造孔方法。

1.3.3 熱解法制備生物質(zhì)碳材料 熱解是指在惰性氣氛的氛圍下將生物質(zhì)加熱到高溫，使其失去水分與揮發(fā)分，變?yōu)樘疾牧系姆椒?。如果使用鹽類、堿類化學(xué)活化劑進(jìn)行活化或者使用高溫的水蒸氣/CO2進(jìn)行物理活化，通常在熱解的過程中實(shí)現(xiàn)。一般熱解溫度不高于1 000℃，且溫度的提高導(dǎo)致碳材料的石墨化程度更高，相應(yīng)地，導(dǎo)電性更好。大多數(shù)的生物質(zhì)碳材料都是通過熱解法制備的。根據(jù)前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)，會(huì)應(yīng)用不同的熱解溫度、活化劑和不同的熱解次數(shù)。此外，相較于物理方法，化學(xué)活化方式獲得的碳材料的孔隙更加發(fā)達(dá)，但是會(huì)造成污染和碳材料內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)殘留。因此，活化的方法仍然需要進(jìn)一步探索。

J.Zhou 等[36]在探索適用于 S2‐4及碳酸鹽電解質(zhì)的碳基材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，3D結(jié)構(gòu)的石墨化材料更為適合，能有效克服制備碳材料中存在的孔體積與孔徑的矛盾以及成分主要為無定形碳的問題，而花生殼因其綠色環(huán)保，有著交聯(lián)的微孔結(jié)構(gòu)與微通道，適合制備碳材料以裝載S2‐4，且K2FeO4能夠同時(shí)促進(jìn)生物炭的碳化和石墨化，所制備的碳/硫正極在電池循環(huán)測(cè)試中表現(xiàn)出高倍率下優(yōu)異的循環(huán)性能，分別在1 C和2 C循環(huán)1 000次后，仍可保持826、571 mAh/g的容量。

J.M.Chabu等[41]用ZnCl2/NaCl對(duì)山藥進(jìn)行碳化，所獲得碳材料為天然三摻雜材料，在1 C循環(huán)450次后，比容量由839.3 mAh/g降到401.2 mAh/g，表現(xiàn)出很好的循環(huán)壽命和出色的比容量。

R.Luo等[15]對(duì)牛奶/原硅酸四丁酯（TEOS）前體進(jìn)行噴霧干燥，然后以NaOH作為活化劑進(jìn)行高溫?zé)峤?，所得碳材料具有球形形態(tài)，為空心結(jié)構(gòu)，在壁面上包含大量孔且表面光滑。在0.5 C的電流密度下循環(huán)100圈后，比容量由781 mAh/g降為634 mAh/g。

1.3.4 水熱法制備生物質(zhì)碳材料 水熱碳化（Hydrothermal Carbonization）即 HTC，是將單糖、雙糖、低聚糖和生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化為碳材料的一種可持續(xù)性方法，在一定溫度（＞100℃）、壓力（＞9.8 MPa）下，使反應(yīng)體系達(dá)到一種亞臨界和超臨界流體狀態(tài)，以促進(jìn)常溫常壓下反應(yīng)緩慢的糖類或生物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為各種碳材料。目前，以各種生物質(zhì)材料為前驅(qū)體，通過水熱反應(yīng)制備碳材料被廣泛研究[42‐44]。影響水熱反應(yīng)產(chǎn)物物理化學(xué)性質(zhì)的因素包括前驅(qū)體種類、溫度、停留時(shí)間以及添加劑。合理地控制這些條件能夠?qū)Ξa(chǎn)物碳材料的形貌進(jìn)行調(diào)控。不過，水熱反應(yīng)的碳材料產(chǎn)物的石墨化程度一般并不高，孔隙率不高，需要進(jìn)一步的活化及碳化。如果使用酸類的活化劑，則一般可在水熱過程中實(shí)現(xiàn)。此外，水熱過程可以進(jìn)行雜原子摻雜，與其他物質(zhì)反應(yīng)接枝等。這就意味著一個(gè)過程同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)步驟，能夠大大縮小時(shí)間成本和能耗。

栗敬敬等[18]用蝦殼作為前驅(qū)體，通過水熱法制備碳材料，然后用CO2進(jìn)行物理活化，蝦殼富含氮元素，有CaCO3的成分，CaCO3可以在碳化過程中作為模板，無需額外的模板，而且CaCO3易除去，無有害副產(chǎn)物，所獲得材料具有較高的比表面積（1 190 m2/g）和孔體積（0.72 m3/g）。

吳健等[38]以胖大海為前驅(qū)體，通過水熱反應(yīng)獲得生物炭，然后以KOH為活化劑在高溫下進(jìn)一步活化碳化。該材料用作鋰硫電池正極材料時(shí)，在0.5 C的電流下獲得了967 mAh/g的比容量，循環(huán)400圈后比容量仍達(dá)366 mAh/g。

Y.Li等[17]以酵母細(xì)胞作為前驅(qū)體，以KOH為活化劑，以三聚氰胺為N源，制備了N摻雜的多孔碳微球，獲得了較好的循環(huán)性能。

H.Zhou等[45]用乙醇作為溶劑，以殼聚糖作為前驅(qū)體，通過噴霧干燥技術(shù)改變乙醇使用量以調(diào)節(jié)生物炭的孔隙大小，所獲得材料的比表面積為645～1 292 m2/g，孔體積為0.33～1.29 m3/g，該方法相較于傳統(tǒng)的化學(xué)活化方法更簡(jiǎn)單，更適合工業(yè)擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)。該方法制備的碳/硫正極材料在0.2 C的電流密度下循環(huán)100圈，比容量由969 mAh/g降到642 mAh/g。

J.Zhang等[46]將水稻秸稈在180℃水熱反應(yīng)12 h后在800℃下熱解，然后用KOH為活化劑再次熱解，所獲得材料摻硫量為76%，面載硫量高達(dá)5.8 mg/cm2。組裝成電池后，其正極面容量在1 C的電流密度下循環(huán)100圈比容量從5.1 mAh/cm2降到3.8 mAh/cm2。

表1列出了不同生物質(zhì)基碳材料前驅(qū)體以及不同制備方式和其電池循環(huán)性能。從表1中可以看出，生物質(zhì)基材料在鋰硫電池中有著廣闊的應(yīng)用前景，整體而言，提高載硫量和對(duì)硫的利用效率是以后探索的重點(diǎn)。

雖然大部分生物質(zhì)是通過熱解工藝制備，但是熱解過程中產(chǎn)生的焦油對(duì)設(shè)備的清洗造成了困難，同時(shí)很多生物質(zhì)直接熱解的產(chǎn)率并不高，且對(duì)能源的消耗很高，所以制備生物質(zhì)碳材料的方法應(yīng)該繼續(xù)改進(jìn)，可考慮結(jié)合不同制備工藝，以簡(jiǎn)單而環(huán)保的方式制備出合適性能的碳材料。

表1 生物質(zhì)碳材料的制備與在鋰硫電池正極材料中的應(yīng)用Table 1 Preparation and application of biomass?derived carbon materials in lithium?sulfur battery cathode materials

2 生物質(zhì)衍生碳材料的改進(jìn)

單一的碳/硫材料難以達(dá)到理想的正極材料的要求，因?yàn)榇蠖鄶?shù)碳材料與硫的結(jié)合并不強(qiáng)，也無法對(duì)電化學(xué)反應(yīng)起明顯的促進(jìn)作用。對(duì)于碳/硫材料，改進(jìn)方案主要包括物理改性和化學(xué)改性。其中，物理改性是對(duì)碳材料形貌的調(diào)控，提高活性物質(zhì)的利用率。化學(xué)改性主要包括雜原子摻雜，與特殊添加材料復(fù)合以提高整體正極材料的電化學(xué)活性。結(jié)合物理方法和化學(xué)方法改進(jìn)正極材料越來越廣泛地應(yīng)用到當(dāng)前的研究。

2.1 物理結(jié)構(gòu)改進(jìn)

設(shè)計(jì)更為合理的物理結(jié)構(gòu)包括核殼結(jié)構(gòu)、包裹式結(jié)構(gòu)等。物理方法本質(zhì)上是根據(jù)電解液分子大小、活性物質(zhì)及其產(chǎn)物的大小來設(shè)計(jì)或調(diào)節(jié)碳基體的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和其外部結(jié)構(gòu)。

2.1.1 核殼結(jié)構(gòu) 首先，將S包裹在導(dǎo)電殼中可提高每個(gè)S粒子的電導(dǎo)率。因此，它有助于構(gòu)建連續(xù)而穩(wěn)定的電子傳導(dǎo)路徑，并在電極體內(nèi)充分利用活性物質(zhì)。其次，外殼有利于承受氧化還原反應(yīng)中明顯的體積變化。導(dǎo)電殼在防止多硫化鋰擴(kuò)散方面起著重要作用。Q.Sun等[11]將SiO2涂覆在聚合物的表面，熱解后形成核殼結(jié)構(gòu)，外層的碳?xì)ぶ袝?huì)含有大量的介孔以加強(qiáng)鋰離子的進(jìn)出，且能夠負(fù)載更多的硫，同時(shí)減少穿梭效應(yīng)。所獲得正極材料在0.5 C的電流密度下循環(huán)200圈后仍然有960 mAh/g的容量。然而大多數(shù)核殼結(jié)構(gòu)的碳材料的制備工藝比較復(fù)雜且化學(xué)污染高，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步探索更為合理的制備方式。

2.1.2 包裹式結(jié)構(gòu) 由于單一的微孔結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致多硫化鋰的流失而無法解決穿梭效應(yīng)的問題，H.Li等[7]用致密的石墨烯來包裹微孔碳，石墨烯在外部形成介孔屏障，既能夠穩(wěn)定內(nèi)部向外擴(kuò)散的多硫化鋰，又可以加強(qiáng)鋰離子的傳輸，而內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)裝載硫（見圖1）。

圖1 水熱合成碳材料@氧化石墨烯復(fù)合材料合成示意[7]Fig.1 Synthesis diagram of hydrothermal synthetic car?bon material@graphene oxide composite material

該材料組成的電池在0.2 C的電流下經(jīng)過300圈循環(huán)仍然有834.7 mAh/g的容量。此方法主要分為水熱預(yù)碳化和熱解兩個(gè)步驟，不引入額外的化學(xué)物質(zhì)。

2.2 與極性材料復(fù)合

與極性材料結(jié)合能夠很好地彌補(bǔ)大部分生物質(zhì)基碳材料的極性低的缺點(diǎn)，從而與硫的結(jié)合更緊密，能夠更好地限制硫及硫化物。X.Q.Zhang等[29]通過碳化和KOH活化將具有有機(jī)‐無機(jī)結(jié)構(gòu)的牛骨轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞分層多孔碳，然后通過水熱處理進(jìn)行CoS2修飾。合成的復(fù)合材料可以負(fù)載大量的硫，并對(duì)多硫化物產(chǎn)生“物理限制和化學(xué)截留”的雙重作用。具有發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳框架提供了足夠的空間來容納硫，并在物理上抑制了多硫化物的穿梭效應(yīng)。嵌入的半金屬CoS2位點(diǎn)可以化學(xué)固定多硫化物并增強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)活性。由于具有多功能結(jié)構(gòu)和雙重約束效應(yīng)，設(shè)計(jì)的電極具有增強(qiáng)的電化學(xué)性能，包括高初始容量（0.2 C時(shí)為1 230.9 mAh/g），在 250個(gè)循環(huán)后為 1 048.6 mAh/g（保留85.2%），相當(dāng)于每個(gè)循環(huán)0.02%的低損失率。

2.3 與雜原子摻雜

雜原子摻雜到碳網(wǎng)絡(luò)中，尤其是N摻雜可以有效地增強(qiáng)硅陽極的容量和循環(huán)性能[34，49]，主要是由于電導(dǎo)率和電化學(xué)活性的改善所致。具體表現(xiàn)為：（1）雜原子的較大電負(fù)性（例如N（3.04），C（2.55））有助于電子轉(zhuǎn)移。（2）雜原子產(chǎn)生更多的邊緣和空位缺陷，以實(shí)現(xiàn)有效的鋰離子存儲(chǔ)和鋰離子擴(kuò)散。（3）雜原子顯示出與鋰離子的高結(jié)合能，從而增加了容量[50]。一般雜原子摻雜方法為通入某特定氣氛或者引入雜原子源的材料進(jìn)行反應(yīng)。S.Jiang等[23]以硫脲作為雜原子源，通過水熱反應(yīng)在碳化的蓮子中同時(shí)引入N、S雜原子，在0.5 C的電流密度下循環(huán)300圈后，硫單質(zhì)的比容量從1 285 mAh/g降到952 mAh/g。值得注意的是，大部分生物質(zhì)自身含有N、P、O等元素，如果以合適的生物質(zhì)為前驅(qū)體，就無須引入額外的化學(xué)物質(zhì)即能進(jìn)行雜原子摻雜。如栗敬敬等[18]熱解的蝦殼中自身含有較高的N元素，即使在熱解后N質(zhì)量分?jǐn)?shù)仍高達(dá)3.61%。

3 總結(jié)與展望

目前大量的生物質(zhì)作為前驅(qū)體被碳化應(yīng)用到鋰硫電池正極材料的研究與實(shí)驗(yàn)中，并且大部分的材料展現(xiàn)了其在鋰硫電池領(lǐng)域的應(yīng)用前景。但是，對(duì)于生物質(zhì)碳化的機(jī)理還未進(jìn)行系統(tǒng)的研究，尚不能根據(jù)要求對(duì)其形貌特征與化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行足夠合理的調(diào)控，生物質(zhì)種類對(duì)其衍生的碳材料的影響也未系統(tǒng)地研究。此外，直接的熱解工藝耗能嚴(yán)重，且對(duì)設(shè)備有頻繁清洗的需求，碳材料產(chǎn)量偏低。而水熱法則不能一次性制備石墨化程度較高、孔隙率發(fā)達(dá)的碳材料，且對(duì)設(shè)備也有一定的清洗需求。所以還需要繼續(xù)對(duì)生物質(zhì)的碳化方法進(jìn)一步研究與改進(jìn)。

此外，目前的正極材料的比容量和循環(huán)性能還有待進(jìn)一步提高，需要結(jié)合生物質(zhì)碳材料和其他材料的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)更為合理的正極材料結(jié)構(gòu)。并且要考慮實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用，必須將正極的載硫量提高，而面載硫量是一個(gè)重要的參考。目前以生物質(zhì)衍生碳材料作為正極材料的研究中，大部分的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有50%～70%，面載量很低，而這個(gè)數(shù)值若不高于2.0 g/cm2，則很難進(jìn)入到實(shí)際的應(yīng)用。解決這個(gè)問題除了合理的設(shè)計(jì)碳材料的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)外，也需要設(shè)計(jì)合理的載硫方案，提高硫的使用率。