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盧周廣/石斌Small Methods：三元過渡金屬硫化物助力貧電解液鋰硫軟包電池

制備高度多孔的硫主體和使用過量的電解液是提高硫利用率的常見策略。然而，富液電解液限制了鋰硫軟包電池的實際能量密度。

南方科技大學盧周廣、特種化學電源國家重點實驗室石斌等提出了一種新型Fe_0.34Co_0.33Ni_0.33S₂作為硫的主體，以實現(xiàn)Ah級Li-S全電池在2 μL mg^-1貧電解液條件下的優(yōu)異電化學性能。

圖1 FCN111@S/GC正極放電過程示意圖

這里通過將電化學活性Fe_0.34Co_0.33Ni_0.33S₂骨架（FCN111）與石墨烯和多壁碳納米管耦合以與S₈（FCN111@S/GC）復合，設計了一種嵌入轉(zhuǎn)換混合正極材料。開爾文探針力顯微鏡顯示FCN表面含有約70 mV的正電荷，這可通過路易斯酸堿相互作用增強與多硫化物的結(jié)合。

此外，在1.8-2.1 V的電壓窗口內(nèi)，F(xiàn)CN111也可存儲鋰離子，從而進一步為容量做出貢獻。更重要的是，由于FCN111的額外Li-S結(jié)合和硫空位，實用軟包電池中電解液的使用大大減少。

圖2 扣式電池性能

因此，在1.5 mA cm^-2 (≈0.7 C)下，F(xiàn)CN111@S/GC正極提供了1350 mAh g^-1的初始容量，循環(huán)300次后仍保持在879 mAh g^-1。即使硫負載增加到≈6 mg cm^-2，仍然可以在1.5 mA cm^-2（≈0.2 C）的電流密度下實現(xiàn)1029 mAh g^-1的容量，循環(huán)100次后保留容量為841 mAh g^-1。進一步基于FCN111@S/GC復合正極的扣式全電池在E/S比為2 uL mg^?1時分別在1.5和4 mA cm^-2 (≈1 C)的電流下實現(xiàn)了394和267 Wh kg^-1的能量密度。軟包電池在1.5 mA cm^-2下循環(huán)60次后仍保持300 Wh kg^-1的比能量。

圖3 軟包電池性能

Ternary Transition Metal Sulfide as High Real Energy Cathode for Lithium–Sulfur Pouch Cell Under Lean Electrolyte Conditions. Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202101402

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