在過去的十年里為了給新興的電動汽車和移動電子產(chǎn)品提供動力，人們對高能量密度材料的需求不斷增長，高性能的可充電電池也引起了人們的關(guān)注。為了推動鋰硫電池的商業(yè)化，研究者們報道了多種提高硫的容量利用率和阻止聚硫化物流失的策略方法；但是，提高鋰硫電池（Li-S）能量密度至實(shí)際應(yīng)用水平仍是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為滿足實(shí)際應(yīng)用水平的高負(fù)載電極中硫和硫化鋰的電子和離子電導(dǎo)率較低。作為一種能夠替代硫的高導(dǎo)電性活性材料，以硒（Se）作為正極材料的Li-Se電池具有更好地反應(yīng)活性；但是Se的質(zhì)量比容量較低且價格昂貴，限制了Li-Se電池的應(yīng)用范圍。為了實(shí)現(xiàn)S和Se電化學(xué)特性的優(yōu)勢互補(bǔ)，S-Se固溶體（SexSy）被認(rèn)為是非常有潛力的儲鋰材料。一系列基于SexSy的正極材料都展現(xiàn)出引人注目的儲能優(yōu)勢。但是，和S正極相似，SexSy正極的可溶性中間產(chǎn)物也會引起電池容量的快速衰減。受到鋰硫電池化學(xué)吸附機(jī)理的啟發(fā)，一些極性材料也可能有效的抑制多硫離子/多硒離子在SexSy正極中的溶解。近期，報道了一些金屬氧化物/氮化物/硫化物可以作為宿主材料很好地解決鋰硫電池中聚硫化物溶解的問題；其中，CoS2材料由于具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此可以作為鋰硫電池有效地宿主材料，其不僅可以對多硫化鋰提供強(qiáng)的化學(xué)吸附作用，還可以從動力學(xué)上促進(jìn)多硫化鋰的還原反應(yīng)。

近期，南洋理工大學(xué)的樓雄文教授在AngewandteChemie-InternationalEdition上發(fā)表題為“AFreestandingSeleniumDisulfideCathodebasedonCobaltDisulfide-DecoratedMultichannelCarbonFiberswithEnhancedLithiumStoragePerformance”的文章，報道了一種CoS2納米顆粒修飾的蓮藕型碳纖維網(wǎng)絡(luò)（CoS2@LRC）作為SeS2的宿主材料以提高鋰的存儲性能。該整體電極由三維交聯(lián)多通道的碳纖維組成，其中不僅可以容納高含量的SeS2（70wt%），而且保證了電子和離子快速傳輸，因此實(shí)現(xiàn)高的容量利用率，在0.2A/g電流密度下可達(dá)1015mAh/g。

【圖文簡介】

圖一.合成過程示意圖

a)CoS2@LRC的合成過程示意圖；

b)相比于LRC/SeS2，CoS2@LRC/SeS2的優(yōu)勢示意圖。

圖二.XRD，F(xiàn)ESEM，TEM以及TGA表征

a,e,i)XRD圖譜；b,c,f,g,j,k,l)FESEM表征圖；d,h,n,o,p)TEM表征圖；

m)TGA曲線；a-d)Co(Ac)2/PAN/PS；e-h)Co@LRC；i-p)CoS2@LRC。

圖三.CoS2@LRC/SeS2電極的表征

a-c)CoS2@LRC/SeS2電極的FESEM表征，圖a內(nèi)部是CoS2@LRC/SeS2電極的照片，圖b內(nèi)部是CoS2@LRC/SeS2電極的截面FESEM圖；

d)CoS2@LRC/SeS2電極的TGA曲線；

e)CoS2@LRC/SeS2電極的TEM圖；

f)CoS2@LRC/SeS2電極的TEM圖對應(yīng)的元素mapping。

圖四.CoS2@LRC/SeS2電極的電化學(xué)性能測試

a)CoS2@LRC/SeS2電極的電壓分布曲線，電流密度為1A/g；

b)CoS2@LRC/SeS2電極和LRC/SeS2電極循環(huán)性能對比；

c)CoS2@LRC/SeS2電極在不同電流密度下的電壓分布曲線；

d)CoS2@LRC/SeS2電極在不同電流密度下的倍率性能；

d)CoS2@LRC/SeS2電極的長循環(huán)壽命，電流密度為5A/g。

【小結(jié)】

文章報道了一種具有良好集成特性的自支撐CoS2@LRC/SeS2電極，其具有高含量的電活性SeS2，多功能的CoS2納米顆粒和導(dǎo)電的LRC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。具體來說，SeS2比S更具有反應(yīng)活性；導(dǎo)電的LRC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步確保了容量利用率并且CoS2納米顆粒保證了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。由于上述優(yōu)勢，CoS2@LRC/SeS2正極材料具有高的放電容量，在0.2A/g(2.3mg/cm2)電流密度下電容可達(dá)1015mAh/g，同時具有優(yōu)異的倍率性能和長的循環(huán)壽命，可超過400個循環(huán)。