Effects of Amino Content of Aminated Carbon Nanotubes on Specific Capacity of Cathode for Li-sulfur Battery

doi:10.7503/cjcu20220709

Abstract

Abstract:

In order to improve the electrochemical performance of lithium sulfur batteries， aminated carbon nanotubes（MWCNT-NH₂） were used to improve the properties of cathode. MWCNT-NH₂was fabricated by Diels- Alder（D-A） reaction. A series of specimen were obtained by changing the reaction time. The samples were analyzed and characterized using thermogravimetric analyzer， Raman spectrometer and infrared spectrometer. The results show that， the amino content of MWCNT-NH₂ rises with the increase of D-A reaction period， and the grafting rate reaches 10.02 mmol/g at 16 h. The electrochemical performance of four cells assembled from MWCNT-NH₂ composites with different amino content was analyzed. The results show that， the higher the amino content， the better the electrochemical performance. The initial discharge specific capacities of the cathode material with the highest amino content（SPAN/MWCNTs-NH₂-16） at 0.2C and 1.0C are 943.3 and 887.1 mA·h/g_composite. After 200 cycles at 0.2C， the reversible specific capacity is 716.4 mA·h/g_composite， and the capacity retention rate can be increased to 94.3%. The initial discharge specific capacities of SPAN/MWCNTs-NH₂-16 at high current density 4.0C are 475.7 mA·h/g_composite， It has excellent cycle performance and rate performance， and demonstrating its great potential for future application of energy storage.

Key words: Lithium sulfur battery, Cathode material, MWCNTs-NH₂, Diels-Alder reaction

CLC Number:

O646

TrendMD:

XUE Zhuan, MU Zhonglin, HE Runhe, LI Yongbing, ZHANG Xingxiang. Effects of Amino Content of Aminated Carbon Nanotubes on Specific Capacity of Cathode for Li-sulfur Battery[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220709.

Figures/Tables 9

References 39

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Species	C（%， molar fraction）	H（%， molar fraction）	N（%， molar fraction）	S（%， molar fraction）	I_D/I_G
SPAN/MWCNTs⁃NH₂	38.17	0.72	12.90	46.56	1.32
SPAN/MWCNTs⁃NH₂⁃8	37.12	0.05	13.39	48.77	1.29
SPAN/MWCNTs⁃NH₂⁃12	35.70	0.63	12.08	49.02	1.23
SPAN/MWCNTs⁃NH₂⁃16	35.39	0.78	11.74	50.75	1.15

Species	C（%， molar fraction）	H（%， molar fraction）	N（%， molar fraction）	S（%， molar fraction）	I_D/I_G
SPAN/MWCNTs⁃NH₂	38.17	0.72	12.90	46.56	1.32
SPAN/MWCNTs⁃NH₂⁃8	37.12	0.05	13.39	48.77	1.29
SPAN/MWCNTs⁃NH₂⁃12	35.70	0.63	12.08	49.02	1.23
SPAN/MWCNTs⁃NH₂⁃16	35.39	0.78	11.74	50.75	1.15

Cathode	Specific capacity/（mA·h·g^-1）	Cycle number	Retention rate（%）	Ref.
SPAN/MWCNTs⁃NH₂	759.8（0.2C）	200th（716.4 mA·h/g）	94.3	This work
SPAN/MWCNTs	644（0.2C）	200th（560 mA·h/g）	86.9	［19］
PAN/S/MWCNTs	599.6（0.1C）	100th（491.5 mA·h/g）	82.0	［33］
pPAN/S/MWCNTs	697（0.1C）	50th（592 mA·h/g）	85.0	［34］
SPAN nanosheets	630.2（0.2 A/g）	300th（484 mA·h/g）	76.8	［35］
SPAN/RGO	645.5（0.2C）	200th（485 mA·h/g）	75.0	［11］

Cathode	Specific capacity/（mA·h·g^-1）	Cycle number	Retention rate（%）	Ref.
SPAN/MWCNTs⁃NH₂	759.8（0.2C）	200th（716.4 mA·h/g）	94.3	This work
SPAN/MWCNTs	644（0.2C）	200th（560 mA·h/g）	86.9	［19］
PAN/S/MWCNTs	599.6（0.1C）	100th（491.5 mA·h/g）	82.0	［33］
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SPAN nanosheets	630.2（0.2 A/g）	300th（484 mA·h/g）	76.8	［35］
SPAN/RGO	645.5（0.2C）	200th（485 mA·h/g）	75.0	［11］