华东理工大学在锂硫电池领域研究获新进展

近日，国际知名学术期刊Advanced Functional Materials以“Accelerated Li+ Desolvation for Diffusion Booster Enabling Low-Temperature Sulfur Redox Kinetics via Electrocatalytic Carbon-grafted-CoP Porous Nanosheets”为题，在线报道了华东理工大学化工学院功能炭材料研究团队在锂硫电池方面的研究新进展。

锂硫电池的超高能量密度（2600 Wh kg−1）和低成本等优势，使其成为继锂离子电池之后最具发展潜力的新型二次电池体系之一。充放电过程中中间产物多硫化锂的“穿梭效应”及其缓慢的氧化还原动力学降低了活性硫的有效利用率。其原因之一是溶剂化Li+难以在短时间内解离出Li+而参与生成多硫化锂的电化学还原反应；尤其在低温等条件下，Li+的溶剂化现象严重阻碍了多硫化锂的氧化还原反应动力学，进而在一定程度上影响炭黑/硫正极综合电化学性能的有效发挥。

对此，功能炭材料研究团队提出了一种孔径筛分效应与电催化结合的策略，设计了表面分散CoP、氮掺杂的“贯穿孔”结构二维多孔碳纳米片，使其在Li+扩散过程中发挥离子助推器的作用。其中，贯穿孔结构，有利于提高溶剂化Li+的去溶剂化程度，进而提高Li+的扩散速率；CoP提供的活性位点，可提高溶剂化Li+的去溶剂化速率，并对多硫化锂发挥化学吸附和催化转化的功能。当该材料用作商用聚丙烯隔膜的涂层材料时，炭黑/硫正极展现出优异的电化学性能：大电流倍率性能（3C，775 mAh g−1）、循环稳定性（2C，800次，容量衰减率仅为0.048%）、高硫利用率（0.1C，80次，3.2 mAh cm−2）和低温耐受性（0oC，0.1C，80次， 647 mAh g−1）。此外，采用密度泛函理论、原位Raman、飞行时间二次离子质谱等分析表征手段，揭示了贯穿孔结构、CoP化学位点等对可溶性多硫化锂的物理阻挡-化学吸附-催化转化耦合强化机制。该研究对促进锂硫电池的商业化进程具有重要意义。

在国家自然科学基金的资助下，该研究由华东理工大学化工学院的张欣硕士研究生完成。功能炭材料研究团队的詹亮教授和德国卡尔斯鲁厄理工学院的王健博士为该论文的通讯作者。同时，该研究得到凌立成教授的悉心指导。