CoS2-莲藕状碳负载SeS2用于高性能锂硫正极

锂硫电池由于具有超高的比容量，被认为是新一代最具潜力的能源器件。但是，硫正极材料在循环过程中存在的聚硫物质溶解和穿梭效应，造成容量不可逆的损失。为了减缓这些缺陷，研究工作者们用Se代替S，但是Se的质量比容量太小，且价格较贵，致使Li-Se电池难以得以应用。Se与S作为正极材料具有互补的特性，所以科研工作者们提出SexSy做为正极材料，来提高其电化学性能。

图1 (a) CoS2@LRC的合成示意图 (b) CoS2@LRC/SeS2和LRC/SeS2的合成路线

南洋理工大学楼雄文课题组，为了提高Li-S电池正极材料的电化学性能选择CoS2与莲藕状的碳纤维网作为SeS2的基底（CoS2@LRC/SeS2）以提高正极材料的电化学性能。基底CoS2@LRC具有高导电性和吸附聚硫物质的特性，负载SeS2后作为Li-S电池的正极材料，表现出极其稳定的电化学性能。

图2 (a,e,i) XRD 图谱 (b,c,f,g,j,k,l) FESEM, (d,h,n,o,p) TEM  (m) TGA (a-d) Co(Ac)2/PAN/PS, (e-h) Co@LRC, (i-p) CoS2@LRC.

图3 CoS2@LRC/SeS2 的表征 (a-c) FESEM (d) TGA 曲线 (e) TEM (f) 元素mappings 

图4. (a) CoS2@LRC/SeS2在0.1 A /g的电流密度下容量电压曲线. (b) CoS2@LRC/SeS2 和LRC/SeS2.循环性能 (c,d) CoS2@LRC/SeS2在不同电流密度下的容量电压曲线和倍率曲线. (e) CoS2@LRC/SeS2 在 0.5 A /g电流密度下的长循环

CoS2@LRC/SeS2电极在0.2A/g的电流密度下表现出高达1015mAh/g的比容量（理论比容量1123mAh/g），在循环100次后，容量保持在745mAh/g，库伦效率高于98%。在0.1A/g的电流密度下，容量高达1096mAh/g且快速稳定下来。在0.5A/g的电流密度下，循环400次后容量依旧可以保持在470mAh/g。做对比的LRC/SeS2具有类似的首次放电比容量，但是前20次循环中后容量快速衰减，循环到76次时容量仅有494mAh/g。证明CoS2纳米颗粒可以有效阻止聚硫物质的扩散。

CoS2@LRC/SeS2具有如此号的电化学性能，作者给三方面的解释（1）LRC 3D网状结构不仅在无需导电剂和粘结剂的情况下高负载SeS2（高达70%），而且能够提供良好的电子和离子转移通道。（2）均匀分布在碳纤维内壁和外部的CoS2颗粒在电化学反应过程中有效缓解聚硫物质的溶解和穿梭效应。（3）CoS2@LRC可以提供充足的空间用来缓解反应过程中的体积变化。

参考文献

Xiong-Wen (David) Lou, A Freestanding SeS2 Cathode Based on CoS2-decorated Multichannel Carbon Fibers with Enhanced Lithium Storage Performance, DOI: 10.1002/anie.201708105

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