镍/钴负载碳包覆埃洛石纳米管构建高效锂硫电池隔膜阻挡层

为解决锂硫电池(LSB)中多硫化物(PS)的穿梭效应问题，研究人员开发了一种以埃洛石纳米管(HNTs)为基础，负载镍/钴(Ni/Co)和碳的隔膜改性材料Ni/Co@C-HNT。该材料通过物理限域和化学催化协同作用显著抑制PS穿梭，同时提升离子/电子传导性。实验表明，采用该隔膜的电池在0.5C下循环750次后仍保持630.2 mAh g?1的容量，平均循环保留率达99.93%，为低成本高性能LSB开发提供了新思路。

　　

随着可再生能源和电动汽车的快速发展，人们对高能量密度储能器件的需求日益迫切。锂硫电池(LSB)因其高达1675 mAh g^?1的理论比容量和硫正极的低成本优势，被视为下一代储能系统的有力竞争者。然而，多硫化物(PS)的溶解和穿梭效应导致活性物质流失和容量快速衰减，严重制约其实际应用。传统解决策略如正极设计需要精确控制硫分散，工艺复杂且成本高昂。相比之下，隔膜改性通过在正极与隔膜间添加功能性阻挡层，既能有效锚定PS又兼容现有电池制造工艺，成为更具产业化前景的技术路线。

中国地质大学（北京）的研究团队创新性地利用天然粘土矿物埃洛石纳米管(HNTs)的特殊结构，通过水热法和煅烧工艺制备出同时负载镍/钴纳米颗粒和碳层的Ni/Co@C-HNT复合材料。该材料作为隔膜改性层使用时，不仅通过HNTs的管状结构物理限域PS，还借助Ni/Co的催化活性和碳层的导电网络加速PS转化。相关研究成果发表在《Journal of Energy Storage》上，为解决LSB的穿梭效应问题提供了经济高效的解决方案。

研究主要采用水热合成结合高温煅烧的技术路线：首先对HNTs进行酸处理纯化，随后与镍盐、钴盐及葡萄糖共混进行水热反应，最终在氮气氛围下煅烧形成金属-碳复合结构。通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)表征材料形貌，采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)评估电化学性能。

Preparation of Ni/Co@C-HNT and modified separator
研究团队通过优化水热参数（190°C反应）和煅烧温度（500°C），成功将直径约50nm的Ni/Co纳米颗粒均匀分散在HNTs表面，并形成连续碳包覆层。能谱分析证实材料中Ni、Co原子比为1:2，这种特定比例显示出最优的催化协同效应。

Results and discussion
电化学测试表明，Ni/Co@C-HNT-PP隔膜组装的电池在0.2C下初始放电容量达1350.4 mAh g^?1，远优于纯HNTs隔膜（仅892.6 mAh g^?1）。特别值得注意的是，材料中HNTs的硅铝氧化物活性位点与PS形成强化学键合，结合Ni/Co对Li₂S成核的催化作用，使电池在2.1V和2.3V处出现显著还原峰，对应PS向Li₂S₂/Li₂S的高效转化。

Conclusions
该研究开创性地将天然矿物HNTs作为LSB隔膜改性基材，通过金属-碳协同改性策略，使材料兼具物理吸附（HNTs管腔限域）、化学锚定（Al/Si-O活性位点）、电子传导（碳网络）和催化转化（Ni/Co纳米颗粒）四重功能。电池在0.5C下循环750次后容量保持率接近理论极限值（每圈衰减仅0.07%），这一性能超越多数报道的MOFs基和碳纳米管基改性材料。

研究的重要意义在于：一方面开辟了天然矿物在先进电池中的应用新途径，大幅降低材料成本；另一方面提出的"矿物骨架-催化金属-导电碳"三元协同设计理念，为其他储能器件的界面工程提供了普适性参考。未来通过优化金属负载量和碳层厚度，有望进一步突破LSB的循环寿命瓶颈，加速其产业化进程。