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利用正电性S空位提升锂硫电池性能

【引言】

锂硫电池具有大的理论容量和高的能量密度以及正极材料硫来源广泛、环境友好等特点,有望成为下一代高性能锂离子电池。但其商业化应用仍存在诸多技术挑战,如固体硫化物的导电性差,可溶性多硫化物中间体的穿梭效应以及充放电过程体积变化大等问题。

目前,研究者们已探索了多种方式解决以上问题:

(1) 通过电极结构设计增强导电性并抑制多硫化物的扩散;

(2) 通过调节电解液成分、隔膜结构、粘结剂成分来抑制穿梭效应;

(3) 在金属锂负极表面进行保护,防止多硫化物和锂的副反应。

【成果简介】

尽管如此,活性物质的不可逆损失仍未完全解决。近日,北京大学郭少军研究员及博士后张业龙将缺陷化学与锂硫电池有机结合,首次在锂硫电池体系中巧妙地引入“正电荷硫空位”这一概念,首次合成了富1T相MoS2及富正电荷硫空位的MXene/1T-2H MoS2-C杂化材料,利用大量的“正电荷硫空位”,有效锚定负电性多硫化物阴离子,利用三维MXene及1T MoS2提供快速的电子导电通道。该材料表现出优异的电化学性能。在0.1 C的电流倍率下,该材料的纽扣锂硫电池比容量为1194.7 mAh/g。在0.5 C的倍率下,循环300次后,电池容量可维持在799.3 mAh/g,每圈仅衰减0.07%。该材料组装的软包锂硫电池可实现40圈的稳定循环。

【图文导读】

该工作不仅设计了1T/2H相界面、丰富的正电性S空位、三维的MXene导电骨架,并将物理吸附、化学吸附作用、缺陷化学、界面催化结合,利用MXene/1T-2HMoS2-C的催化效应及其限域锚地作用,实现了多硫化物的快速可逆转化,为锂硫电池正极材料的设计提供了一种有效方法,为开发高性能锂硫电池提供思路,开启了缺陷化学与锂硫电池的有机结合,对锂硫电池的设计和实用化有指导意义。

利用正电性S空位提升锂硫电池性能

图1  MXene/1T-2H MoS2-C制备及表征

利用正电性S空位提升锂硫电池性能

图2 MXene/1T-2H MoS2-C-S软包锂硫电池循环性能

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

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参考文献:

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