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成果简介

多硫化锂(LiPS)的穿梭效应和与锂枝晶相关的安全问题严重阻碍了锂硫(Li-S)电池的可扩展应用。本文，电子科技大学研究人员等在《J.Mater.Chem.A,》期刊发表名为“NbNnanodotdecoratedN-dopedgrapheneasamultifunctionalinterlayerforhigh-performancelithium–sulfurbatteries”的论文，研究报告了在商用聚丙烯(PP)隔膜上的亲锂和亲硫NbN修饰的氮掺杂石墨烯(NbN

NG)中间层。由于NbN纳米点的亲锂特性有效地阻碍了锂枝晶的生长，具有NbN

NG/PP的Li//Li对称电池在5mAhcm-2超过小时时具有出色的稳定性。由于极性和导电的NbN纳米点具有强相互作用和对LiPS的高催化转化抑制穿梭效应，具有NbN

NG/PP的Li-S电池具有mAhg-1的高放电容量在0.2C和2C下具有出色的高倍率性能，在次循环中每循环0.%的容量衰减可忽略不计。具有NbN

NG/PP的Li-S软包电池可提供mAhg-1的容量，电解质体积/硫负载比为6μLmg-1。理论密度泛函理论和原位拉曼光谱有效地证明了LiPSs转化的机制。这项工作为多功能隔膜提供了一种新的设计策略，并为高性能无梭和无枝晶锂硫电池的性能增强机制提供了新的见解。

图文导读

图1、(a)NbN

NG的合成过程示意图。(b)NbN

NG在不同放大倍率下的SEM图像和(c-g)TEM图像。(h)HAADF-STEM和NbN

NG的相应元素映射图像。

图2、(a)XRD图案和(b)NG和NbN

NG的拉曼光谱。NbN

NG的(d)Nb3d、(e)N1s和(f)C1s的测量光谱(c)和解卷积XPS光谱。

图3、(a)原始PP和(b)NbN

NG改性隔膜的顶部表面的SEM图像。(c)NbN

NG改性隔膜的横截面。(d)PP、(e)NG和(f)NbN

NG改性隔膜的电解质接触角测试。(g-j)NbN

NG改性隔膜在不同应力下的照片。(k)具有原始PP、NG和NbN

NG改性隔膜的电池的EIS。(l)电池的锂离子电导率。

图4、(a)PP、NG和NbN

NG改性隔膜在0.1mVs-1的扫描速率下的CV曲线。(b)不同隔膜的电池对应不同峰的锂离子扩散系数。(c)不同电流密度下电池的倍率性能。(d)在0.2C下的循环稳定性。(e)电池2C下的长循环性能测试。(f)NbN

NG基Li-S电池在0.5C下具有高硫负载的循环性能。(g)带有NbN

NG隔膜的软包电池在0.2C下的循环性能，插图：由软包电池供电的LED的照片。

图5、(a)Li2S6被不同吸附剂吸附后的紫外-可见光谱；插图是Li2S6在NG和NbN

NG上的可视化吸附。(b)用于Li2S6扩散的H型电池，在不同时间使用PP（上）、NG（中）和NbN

NG（下）改性隔膜。(c)吸附在NG表面的S8/Li2Sn(n=1,2,4,6,8)分子的几何结构。(d)LiPSs和NG或NbN()表面之间的吸附能比较。(e)S8/Li2Sn的几何结构(n=1,2,4,6,8)分子吸附在NbN()表面。

图6、采用(a)NG和(b)NbN

NG作为电极的对称电池的CV曲线，扫描速度为5mVs-1。(c)具有不同隔膜的电池的Tafel图。(d)具有不同隔膜的锂硫电池峰II放大图的LSV曲线。(e)从还原峰II计算的Tafel图。Li2S从Li2S8在(f)NG和(g)NbN

NG上的恒电位沉积的电流分布。(h)NG和(i)NbN

NG()表面上S8/LiPSs转换的自由能分布。

小结

在这项研究中，NbN纳米点装饰的N掺杂石墨烯纳米片被成功合成为多功能隔膜介质，用于无枝晶锂金属负极和无梭锂硫电池。这项工作建立了一种新的设计策略，用于制造高效的功能性隔膜，以抑制锂硫电池中的穿梭效应和锂枝晶生长。

文献：

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