孙学良Small Methods：通过增材制造和化学强化正极助力高性能锂硫电池

Nanoyu

2021-08-16

为了提高锂硫（Li-S）电池正极的可逆容量和长期循环稳定性，人们已经做了大量的工作。然而，在高硫负荷下，由于穿梭效应和较差的Li⁺传输，在循环过程中容易发生不可逆的Li容量损失。

近日，加拿大西安大略大学孙学良报道了采用双机制方法研制了一种化学和物理增强的Li-S正极。突出了增材制造（AM）设计微体系结构的能力及其对制造过程的高度控制。

文章要点

1）增材制造不仅可以方便地控制硫的载量，而且可以在高硫载量的正极中实现快速的离子和电子转移。同时，通过将硫-碳基质与嵌入的CoS_x配对，实现了化学增强。这促进了LiPSs的同时吸附及其氧化还原反应。通过3D打印，得到3DP-C/S/CoS_x正极。这是首次尝试将纳米催化剂直接作为添加剂加入Li-S体系的C-S正极墨水中。

2）为了比较，研究人员设计了与3DP-C/S/CoS_x类似的正极材料3DP-C/S。3DP-C/S/CoS_x电池在硫负载量为4 mg cm⁻²，电流密度为1 mA cm⁻²时，100次循环后首次放电容量为1891.7 mA h g⁻¹，可逆容量为1075 mA h g⁻¹，容量衰减为0.159% cycle⁻¹。更重要的是，在8 mg cm⁻²和3 mA cm⁻²的高硫负荷下，初始放电为1118.8 mA h g⁻¹，容量衰减为0.156%。

研究结果表明，所提出的双机制方法适用于高硫负载型正极和高电流密度。

参考文献

Matthew Zheng, et al, Realizing High-Performance Li-S Batteries through Additive Manufactured and Chemically Enhanced Cathodes, Small Methods 2021

DOI: 10.1002/smtd.202100176

https://doi.org/10.1002/smtd.202100176