目前，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備、電動汽車中，但隨著這些設(shè)備的不斷發(fā)展，基于石墨、插層化合物的鋰離子電池仍不能滿足社會的發(fā)展需要。為了進(jìn)一步拓展鋰離子電池的應(yīng)用前景，各種體系的電池得到了研究人員的關(guān)注。其中，鋰硫電池具有1672mAh/g的高理論比容量，幾乎是傳統(tǒng)正極材料如過渡金屬氧化物、磷酸鹽材料理論比容量的10倍；此外，硫還具有價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點，從而有望成為下一代理想的正極材料。鋰硫電池的概念最早在上世紀(jì)60年代就被提出，但直到近20年才有相關(guān)的比較突出的研究成果。在本期內(nèi)容中，材料人網(wǎng)為大家推薦鋰硫電池領(lǐng)域ESI高被引文章，并按被引頻次列出10篇文章并對其通訊作者加以介紹，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供便利。

1、A highly ordered nanostructured carbon–sulphur cathode for lithium–sulphur batteries

鋰硫電池中高度有序的納米結(jié)構(gòu)碳-硫正極

圖1 碳-硫復(fù)合物的SEM圖及其電化學(xué)表征

作者報道了一種高度有序、交織狀的復(fù)合碳-硫正極材料，利用碳材料結(jié)構(gòu)框架限制了硫在充放電過程中的溶解，實現(xiàn)了具有高比容量的鋰硫電池的制備。

2、Graphene-Wrapped Sulfur Particles as a Rechargeable Lithium-Sulfur Battery Cathode Material with High Capacity and Cycling Stability

具有高比容量及循環(huán)穩(wěn)定性的石墨烯包覆硫微粒的鋰硫電池

圖2 石墨烯-硫復(fù)合材料的合成步驟及預(yù)計得到的復(fù)合材料的示意圖

作者在文章中介紹了一種利用炭黑修飾的石墨烯納米片包裹聚合物包覆的亞微米硫的結(jié)構(gòu)，得到的石墨烯-硫復(fù)合材料在電化學(xué)測試中經(jīng)過100次循環(huán)后仍有600mAh/g的比容量，從而成為二次電池有潛質(zhì)的正極材料。

3、Porous Hollow Carbon@Sulfur?Composites for High-Power Lithium–Sulfur Batteries

高功率鋰硫電池用多孔空心碳-硫復(fù)合材料

圖3 介孔碳空心球、碳-硫納米復(fù)合物的TEM圖及碳-硫納米復(fù)合物的EDX譜圖

該文作者介紹了一種簡單的合成介孔碳空心球的方法，并將其與硫進(jìn)行復(fù)合用于鋰硫電池中。經(jīng)電化學(xué)測試，在0.5C倍率下100次循環(huán)后比容量可達(dá)到850mAh/g。該方法為鋰硫電池的納米化結(jié)構(gòu)提供了新的指導(dǎo)思想。

4、Graphene Oxide as a Sulfur Immobilizer in High Performance Lithium/Sulfur Cells

高性能鋰硫電池中使用氧化石墨烯作為固硫劑

圖4 GO-S納米復(fù)合物在氬氣氣氛155℃下熱處理12h后的SEM圖與EDX譜圖

該文章作者針對鋰硫電池中存在的多硫化物溶解造成電池容量衰減的問題，提出了在氧化石墨烯的反應(yīng)性官能團(tuán)上用化學(xué)法固定多硫化物的方法，從而能在氧化石墨烯納米片上得到均勻、薄的硫納米包覆層。經(jīng)電化學(xué)測試，電池的比容量可達(dá)到950-1400mAh/g，在0.1C倍率下可穩(wěn)定循環(huán)50次以上。

5、Hollow Carbon Nanofiber-Encapsulated Sulfur Cathodes for High Specific Capacity Rechargeable Lithium Batteries

高比容量鋰硫電池中的空心碳包覆硫正極材料

圖5 中空碳納米纖維/硫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

該文作者針對鋰硫電池充放電過程中多硫化物溶解的問題，提出了用空心碳納米纖維包覆硫的結(jié)構(gòu)，能有效限制多硫化物的溶解。經(jīng)過電化學(xué)測試該電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能，為鋰硫電池的設(shè)計提出了新思路。

6、Enhancement of long stability of sulfur cathode by encapsulating sulfur into micropores of carbon spheres

通過微孔碳球包覆硫正極材料提高電池長循環(huán)性能

圖6 碳球與碳-硫復(fù)合物的TEM圖片、HAADF-STEM圖片、EDX譜圖

該文章作者通過一種簡單的將微孔碳與硫進(jìn)行熱處理的方法，得到了用于高能量密度鋰硫電池的碳-硫復(fù)合負(fù)極材料，該復(fù)合材料中硫的負(fù)載量達(dá)到了42wt%，電化學(xué)測試表明改電池具有長循環(huán)穩(wěn)定性。

7、Hierarchically Structured Sulfur/Carbon Nanocomposite Material for High-Energy Lithium Battery

高能量密度鋰硫電池中的硫-碳納米復(fù)合分級結(jié)構(gòu)材料

圖7 以雙峰多孔碳支撐的硫-碳復(fù)合正極材料的示意圖

該文章作者首次報道了一種用于高能量密度鋰硫電池中的分級硫-碳復(fù)合材料，通過軟模板法合成了孔徑為7.3nm的介孔碳材料，通過氫氧化鉀活化后得到一種具有少于2nm孔徑的雙峰微孔碳材料，通過溶硫使其負(fù)載在多孔碳材料中。高比表面積、孔隙率顯著提高了硫的利用率。

8、Sulfur-Impregnated Disordered Carbon Nanotubes Cathode for Lithium-Sulfur Batteries

鋰硫電池中硫浸漬無序碳納米管正極

圖8 無序碳納米管的TEM圖及硫浸漬無序碳納米管電極第二次循環(huán)的CV曲線

在這項研究中，研究人員合成了硫浸漬碳納米管正極材料，得到的電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和高的庫倫效率。此外，電化學(xué)表征表明熱處理使硫在碳中的固定存在新的穩(wěn)定機(jī)制。

9、Smaller Sulfur Molecules Promise Better Lithium?Sulfur Batteries

鋰硫電池中小硫分子具有更好的性能

圖9 CNT@MPC的結(jié)構(gòu)表征

該文章作者針對鋰硫電池中硫損失的問題，提出了通過控制硫分子的尺寸至較小的同素異形體可有效減少硫的損失，在導(dǎo)電微孔碳的網(wǎng)絡(luò)中合成亞穩(wěn)態(tài)小硫分子S2-4，該小分子可完全避免過渡態(tài)的大分子S8和S42-。

10、Sulphur–TiO2 yolk–shell nanoarchitecture with internal void space for long-cycle lithium–sulphur batteries

中空的硫-TiO2核殼納米結(jié)構(gòu)用于長循環(huán)鋰硫電池

圖10 在各種硫基納米結(jié)構(gòu)中嵌鋰的示意圖

研究人員針對鋰硫電池中硫的體積膨脹及多硫化物溶解的問題，合成了一種TiO2包覆硫的核殼結(jié)構(gòu)，同時在TiO2殼層內(nèi)部為硫預(yù)留了膨脹的體積空間。該工作為具有體積膨脹材料在電極中的應(yīng)用提供了建設(shè)性思想。

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