江苏大学最新研究：稳定锂硫电池的关键技术曝光！

成果简介

锂硫电池具有巨大的能量密度，是一种前景广阔的储能形式。遗憾的是，缓慢的氧化还原动力学和多硫穿梭效应是阻碍其发展的部分因素。为了解决这些问题，本文，江苏大学沈湘黔教授在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“N/P Codoped Carbon Nanofibers Coupled with Chrysanthemum-Like Cobalt Phosphide Hybrid for Stable Lithium–Sulfur Batteries”的论文，研究将氮磷共掺杂碳纳米纤维膜与菊花状磷化钴杂化物（CoP@NP-CF）相结合，并利用 Li2S6 作为锂硫电池的电解质。

导电的 NP-CF 可促进锂多硫化物的快速电子/离子传输和化学吸附，而菊花状CoP对锂多硫化物具有很强的亲和力，可有效固定锂多硫化物，促进多硫化物的氧化还原转化，并有效降低反应障碍。含有 CoP@NP-CF 的电池可提供 1211.8 mAh g-1 的首次放电容量，在硫负荷为5.2毫克的条件下，经过 300 次循环（0.2C）后仍可保持 928.5 mAh g-1 的首次放电容量。此外，即使硫含量为10.5毫克，在循环100次后，其初始放电容量仍能保持在 8.6毫安时。这项研究表明，CoP@NP-CF 混合材料在锂-硫（Li-S）电池中具有潜在的应用价值。

图文导读

图1.制备CoP@NP-CF杂化膜的示意图。

图2：（a） NP-CF和CoP@NP-CF;（b） XPS测量光谱CoP@NP-CF;并且对应于（c）C1s的高分辨率XPS光谱;（d） N1s;（e） Co2p;以及（f）P2p。

图3。（a）低放大率和（b）高放大率的扫描电子显微镜（SEM）图像CoP@NP-CF;（c） TEM和（d）CoP@NP-CF;（e） HAADF-STEM图像和中C、N、Co和P元素的元素映射CoP@NP-CF.

图 4：（a）NP-CF/Li2S6 和 CoP@NP-CF/Li2S6 电极（硫负荷：5.2 毫克）在 0.2C 下的循环性能；（b）NP-CF/Li2S6 和 CoP@NP-CF/Li2S6 电池在不同电流速率下的速率性能；（c）CoP@NP-CF/Li2S6 在 0.1C 下硫负荷为 10.5 毫克时的循环性能。

图5. (a) 电流峰值 I 和 (b) 电流峰值 II 与扫描速率平方率之间的相关性；(c) (h2T) 的对数与反温度之间的相关性。

图6：（a）循环后 CoP@NP-CF/Li2S6 的完整 XPS 光谱，以及循环后 CoP@NP-CF/Li2S6 的（b）S2p、（c）Co2p 和（d）P2p 的高分辨率 XPS 光谱。

图7。（a）新锂箔的表面形态的SEM图像;对应（b）NP-CF/Li2S6和（c）CoP@NP-CF/Li2S6电极在300次循环后。

小结

综上所述，本文成功制备了一维 NP-CF 耦合菊花状磷化钴（CoP）纳米结构。制备的 CoP@NP-CF 混合复合膜作为独立电极，含有用于锂硫电池的 Li2S6 阴极。CoP@NP-CF 膜不仅具有丰富的活性位点来吸附多硫化物，还能作为催化剂加速氧化还原反应。这种设计在锂离子扩散和转移、有效抑制多硫化物穿梭以及促进氧化还原反应动力学等方面都表现出卓越的性能。因此，CoP@NP-CF/Li2S6 电极在高硫负荷下具有出色的电化学性能，包括速率性能和循环稳定性。因此，我们坚信，制备过渡金属磷化物与多异构体掺杂的碳质材料作为硫基质，是提高锂硫电池性能的一种前景广阔的方法。

文献：
https://doi.org/10.1021/acsanm.3c04558