高性能锂硫电池用钴/碳复合材料硫宿主

锂硫电池由于具有较高的能量密度而被认为是极具发展前景的储能设备之一。然而,硫正极遭遇迟缓的反应动力学、缓慢的电荷转移、大的体积膨胀、严重的多硫化锂穿梭效应,这些问题不可避免地导致锂硫电池表现出低的可逆容量、差的倍率性能、短的循环寿命,限制了锂硫电池的实际应用。本文总结了钴/碳复合材料(包括钴纳米颗粒和钴单原子)作为硫宿主的研究进展。总的来说,钴扮演着电催化剂的角色,能够抑制多硫化锂的穿梭效应,加快电化学反应动力学,促进离子/电子转移以及缓解体积膨胀。同时,我们展望了钴/碳复合材料作为锂硫电池硫宿主的发展前景。本工作可为钴/碳复合材料作为锂硫电池硫宿主提供完整的蓝图和建设性的建议,同时这些策略也可用于其他金属-硫电池。

尖晶石型Li_(2)MnTi_(3)O_(8)纳米颗粒在锂硫电池中的双功能应用

锂硫电池中多硫化锂的“穿梭效应”、单质硫导电性差等问题导致其寿命短、倍率性能差,严重限制了其实际应用.基于此,本文采用溶胶凝胶法合成了尖晶石型Li_(2)MnTi_(3)O_(8)(LMTO)纳米颗粒,将其同时作为硫宿主材料和功能隔膜涂层,极大地提升了锂硫电池的循环稳定性和Li+的扩散速率.均匀分散的LMTO纳米颗粒不仅能提供丰富的电化学活性位点,同时可减少活性硫的损失.此外,LMTO功能化隔膜具有吸附多硫化锂的能力,有效抑制了多硫化锂的穿梭.实验结果表明,以LMTO为硫宿主材料和功能隔膜涂层组装的锂硫电池在充放电过程中展现了较快的锂离子扩散速率(DLi+分别为2.25×10^(−5),1.31×10^(−5)和1.61×10^(−4)cm^(2)s^(−1)),表明其快速的反应动力学.在0.5 C的电流密度下,电池首次放电比容量可达到1059 mAh g^(−1),经过300次循环,容量稳定在797 mAh g^(−1).双功能改性后的电池性能均优于单功能改性的电池.该材料的双功能应用策略为开发高容量、长寿命的锂硫电池提供了理论支持.