陈人杰/詹亮/王艳莉ACS Nano：双功能杂化物同时解决锂硫电池正负极挑战！

锂硫（Li-S）电池因其理论能量密度高、成本低和环境友好性等固有优势而被认为是锂离子电池（LIBs）的最佳替代品之一，然而金属锂负极的多硫化物穿梭和界面不稳定性阻碍了其实际应用。

在此，华东理工大学詹亮教授、王艳莉副教授联合北京理工大学陈人杰教授、德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心杨超等人提出构建一种双生超薄二维石墨烯基介孔SnO₂/SnSe₂杂化物（记为G-mSnO₂/SnSe₂），并将其用作Li-S化学的多硫化物固定剂和锂调节剂以实现持久的Li-S化学。

研究表明，所设计的G-mSnO₂/SnSe₂杂化物具有高电导率、强化学亲和力（SnO₂）和动态插层-转化位点（Li_xSnSe₂），可同时实现穿梭行为抑制、提供快速的锂嵌入传输动力学、加速LiPS转化并降低Li₂S的分解能垒，这由非原位XAS光谱、原位拉曼光谱、原位XRD和DFT计算证实。此外，具有亲锂特性的介孔G-mSnO₂/SnSe₂能够实现锂离子的均匀沉积并抑制锂枝晶的生长。

图1. G-mSnO₂/SnSe₂纳米片合成过程及表征

因此，具有G-mSnO₂/SnSe₂隔膜的Li-S电池具有良好的电化学性能，包括高硫利用率（0.2 C时容量为1544 mAh g^-1）、高倍率性能（8 C时容量为794 mAh g^-1）、和长循环寿命（在5 C时2000次循环中每个循环的衰减率低至0.0144%）。更重要的是，组装的Ah级Li-S软包电池在83.75 mA g^-1时表现出1.8272 Ah的高初始容量，这表明即使在贫电解液（E/S = 3.0 μL mg^-1）和薄锂负极（50 μm）条件下其硫利用率也很高。

此外，该软包电池还表现出高达 359 Wh kg^-1的高能量密度并实现了40多次稳定循环，与其他已报道的软包电池相比具有很大的竞争力。总之，这项工作展示了同时应对S正极和Li负极挑战的二维动态插层-转化混合物的合理设计，从而实现长寿命Li-S化学。

图2. G-mSnO₂/SnSe₂基Li-S电池在不同高硫负载下的电化学性能

Dynamic Intercalation–Conversion Site Supported Ultrathin 2D Mesoporous SnO₂/SnSe₂ Hybrid as Bifunctional Polysulfide Immobilizer and Lithium Regulator for Lithium–Sulfur Chemistry, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c02810

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