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)以及充放電過程體積變化大等問題。

目前，研究者們已探索了多種方式解決以上問題：

(1)通過電極結(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)通過調(diào)節(jié)電解液成分、隔膜結(jié)構(gòu)、粘結(jié)劑成分來抑制穿梭效應(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，為開發(fā)高性能鋰硫電池提供思路，開啟了缺陷化學(xué)與鋰硫電池的有機(jī)結(jié)合，對鋰硫電池的設(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