锂硫电池（LSB）具有极高的理论能量密度，在新一代储能电池中发展潜力巨大。硫正极导电性差，锂化时体积膨胀严重和多硫化物（LiPSs）的穿梭效应是当下LSB在实际应用中所面临的核心问题。
为避免穿梭效应，核心策略是将LiPSs尽可能地限制在硫正极一侧，屏蔽其与锂负极的直接接触。以此为中心，国内外研究人员从不同角度出发，在硫正极结构设计、隔膜修饰、引入插层、新型电解液体系（包括固态电解质）的设计以及金属锂负极保护等方面开展了许多卓有成效的工作。
近日，河南师范大学的研究人员基于具有良好本征离子扩散能力的Nb2O5，集导电网络、微米级预留空腔和稳定电极界面结构于一体的设计理念，协同构建了Nb2O5微米空心球（m-HNB）与石墨烯（rGO）间离子/电子混合导体硫正极宿主材料（m-HNB@rGO）。电化学测试表明，m-HNB@rGO复合物能实现电子和离子的协同输运，以保证LiPSs在转化过程中迅速建立起电荷平衡，从而使整个电极表现出低电化学极化、高库仑效率和更为出色的倍率性能。同时，m-HNB中的预留微米级空腔既可保证高硫负载量亦能显著缓解体积效应带来的导电网络失效和电极龟裂等问题，保证了S@m-HNB@rGO复合材料的结构稳定性。这些结构优势赋予了S@m-HNB@rGO电极材料出色的电化学性能。
良好的电化学性能除了得益于m-HNB@rGO的混合离子/电子传输特性，m-HNB对LiPSs表现出的化学亲和力同样起到了关键作用。进一步的理论计算和相关实验表明，Nb2O5对LiPSs具有适当的化学亲和力，有助于硫正极实现对LiPSs的高效吸附，并促进其向短链硫化锂的转化，进而提高电极的整体电化学反应动力学。
这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是河南师范大学的青年教师李欢欢博士，通讯作者为白光月教授和王玉洁教授。
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A hybrid shell material with mixed ion/electron conductivity used for high-performance Li–S batteries
Huanhuan Li, Zhaofei Ge, Yanping Zheng, Yan Xue, Guangyue Bai, Jianji Wang, Kelei Zhuo and Yujie Wang
Chem. Commun., 2019, 55, 1991, DOI: 10.1039/C8CC09878F
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