CeO2 纳米晶界面组装钴氮化物协同促进锂硫电池中多硫化物转化与锂沉积稳定性的研究

为解决锂硫电池（LSBs）中多硫化物（LiPSs）穿梭效应和锂枝晶生长等问题，研究人员通过水热-氮化法制备了Co5.47 N@CeO2 异质结构，用于改性隔膜。该材料通过界面电荷分布调控，显著提升LiPSs吸附-催化性能，使电池在0.5C下循环600次后仍保持621.86 mAh g?1 的高容量，衰减率仅0.066%/次，且在高硫负载（4.352 mg）下表现优异。该研究为高性能LSBs隔膜设计提供了新思路。

　　

研究背景

锂硫电池（LSBs）因其理论能量密度高达2600 Wh kg^?1
和环境友好性，被视为下一代储能设备的理想选择。然而，多硫化物（LiPSs）的穿梭效应和锂枝晶生长等问题严重阻碍其商业化。传统碳材料对LiPSs的物理吸附能力有限，而单一化学催化材料（如Co_5.47
N）的电子结构缺陷导致电化学性能不足。如何通过材料设计协同提升LiPSs吸附与催化转化能力，成为突破LSBs性能瓶颈的关键。

研究方法

广州大学团队通过水热-氮化两步法制备了Co_5.47
N@CeO₂
异质结构：首先以Co(NO₃
)₂
·6H₂
O为钴源合成钴氢氧化物纳米片（CHN），再与Ce(NO₃
)₃
溶液复合得到CHN@CeO₂
前驱体，最终经氮化处理获得目标材料。通过X射线衍射（XRD）和电子显微镜等技术表征材料结构，并测试其改性隔膜在LSBs中的电化学性能。

研究结果

1. 材料设计与表征
Co_5.47
N@CeO₂
异质结构中，CeO₂
从Co_5.47
N持续吸收电子，调控界面电荷分布，形成强吸附-催化协同效应。

2. 电化学性能
改性隔膜使LSBs在0.5C下循环600次后容量保持621.86 mAh g^?1
，衰减率仅0.066%/次；3C高倍率下仍保持705 mAh g^?1
容量。高硫负载（4.352 mg）时，250次循环后容量稳定。

3. 抗自放电性能
静置72小时后容量保留率高达99.04%，显著抑制LiPSs穿梭。

结论与意义

该研究通过界面组装策略构建的Co_5.47
N@CeO₂
异质结构，兼具Co_5.47
N的强LiPSs化学吸附能力和CeO₂
的催化转化特性，有效解决了LSBs的核心难题。其改性隔膜设计为高性能LSBs开发提供了可规模化应用的解决方案，论文发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。