鋰硫電池具有大的理論容量和高的能量密度以及正極材料硫來(lái)源廣泛、環(huán)境友好等特點(diǎn)，有望成為下一代高性能鋰離子電池。但其商業(yè)化應(yīng)用仍存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，如固體硫化物的導(dǎo)電性差，可溶性多硫化物中間體的穿梭效應(yīng)以及充放電過(guò)程體積變化大等問(wèn)題。

目前，研究者們已探索了多種方式解決以上問(wèn)題：

(1)通過(guò)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增強(qiáng)導(dǎo)電性并抑制多硫化物的擴(kuò)散;

(2)通過(guò)調(diào)節(jié)電解液成分、隔膜結(jié)構(gòu)、粘結(jié)劑成分來(lái)抑制穿梭效應(yīng);

(3)在金屬鋰負(fù)極表面進(jìn)行保護(hù)，防止多硫化物和鋰的副反應(yīng)。

【成果簡(jiǎn)介】

盡管如此，活性物質(zhì)的不可逆損失仍未完全解決。近日，北京大學(xué)郭少軍研究員及博士后張業(yè)龍將缺陷化學(xué)與鋰硫電池有機(jī)結(jié)合，首次在鋰硫電池體系中巧妙地引入“正電荷硫空位”這一概念，首次合成了富1T相MoS2及富正電荷硫空位的MXene/1T-2H MoS2-C雜化材料，利用大量的“正電荷硫空位”，有效錨定負(fù)電性多硫化物陰離子，利用三維MXene及1T MoS2提供快速的電子導(dǎo)電通道。該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.1 C的電流倍率下，該材料的紐扣鋰硫電池比容量為1194.7 mAh/g。在0.5 C的倍率下，循環(huán)300次后，電池容量可維持在799.3 mAh/g，每圈僅衰減0.07%。該材料組裝的軟包鋰硫電池可實(shí)現(xiàn)40圈的穩(wěn)定循環(huán)。

【圖文導(dǎo)讀】

該工作不僅設(shè)計(jì)了1T/2H相界面、豐富的正電性S空位、三維的MXene導(dǎo)電骨架，并將物理吸附、化學(xué)吸附作用、缺陷化學(xué)、界面催化結(jié)合，利用MXene/1T-2HMoS2-C的催化效應(yīng)及其限域錨地作用，實(shí)現(xiàn)了多硫化物的快速可逆轉(zhuǎn)化，為鋰硫電池正極材料的設(shè)計(jì)提供了一種有效方法，為開(kāi)發(fā)高性能鋰硫電池提供思路，開(kāi)啟了缺陷化學(xué)與鋰硫電池的有機(jī)結(jié)合，對(duì)鋰硫電池的設(shè)計(jì)和實(shí)用化有指導(dǎo)意義。

圖1 MXene/1T-2H MoS2-C制備及表征

圖2 MXene/1T-2H MoS2-C-S軟包鋰硫電池循環(huán)性能

Yelong Zhang,Zijie Mu,Chao Yang,Zhikun Xu,Shan Zhang,Xiaoyan Zhang,Yingjie Li,Jianping Lai,Zhonghui Sun,Yong Yang,Yuguang Chao,Chunji Li,Xiaoxiao Ge,Wenxiu Yang,Shaojun Guo;Rational Design of MXene/1T-2H MoS2-C Nanohybrids for High-Performance Lithium Sulfur Batteries;Advanced Functional Materials(2018);DOI:10.1002/adfm.201707578