【能源】湘潭大学王先友团队：钙钛矿型LLTO作为多硫化物促进剂助力贫液式锂硫电池

锂硫电池由于具有高的理论容量和能量密度而有望发展成为下一代储能设备。然而，阴极型控制机制电池系统中所需的高电解液/硫比例和严重的多硫化物穿梭效应严重阻碍锂硫电池的实际应用。对于实现高比能量锂硫电池来说，降低电解液的用量，延缓多硫化物的穿梭是至关重要的。

近日，湘潭大学王先友教授（通讯作者）团队在Journal of Materials Chemistry A上发表文章，设计制备了一种钙钛矿型快离子导体La_0.56Li_0.33TiO₃ (LLTO)并将其首次用作多硫化物的吸附剂和多硫化物转化的催化剂。经证实，LLTO具有较高的离子电导率（2.94×10^-4 S cm^-1），并且能够作为贫电解液条件下多硫化物转换的高效电催化剂。LLTO中亲硫(O)位和亲硫(Ti)位的共存能使其与多硫化物形成良好的界面亲和力。因此，包含LLTO的锂硫电池可以有效地降低电解液/活性物质的比例，加速了反应动力学，抑制了多硫化物的穿梭，显著降低充放电过程的过电位，提高锂硫电池的倍率性能和循环性能。

图1 (a) XRD图谱，(b) 扫描电镜图像，(c) 粒度分布，(d) N₂吸附等温线，(E) 孔径分布，(F) LLTO的EIS测试。

图2 (a) LLTO和CNT的紫外-可见光谱(插图：LLTO和CNT在5 mmol L^-1 Li₂S₆中的吸附对比照片)；(b) 对称电池的循环伏安图；(c) 用CNT@PP(上)和LLTO@PP(底部)分离器进行渗透试验。

图3 LLTO-Li₂S₆和LLTO的 (a) La 3d，(b) O1s，(c) Ti 2p XPS谱，(d) LLTO-Li₂S₆的S 2p XPS谱。

图4 (a) 0.4 mA cm^-2和(b) 0.8 mA cm^-2的循环稳定性；(c) 充放电曲线；(d) LLTO-7/CNT/S和CNT/S在贫电解质条件(E/S = 7 μLE mg^-1 S)下的平均滞后电压。

图5 LLTO-10/CNT/S在(a) E/S =5 μLE mg^-1 S，(b) E/S =6 μLE mg^-1 S下的循环性能，(c) 在不同电流密度下的充放电曲线和(d) LLTO-10/CNT/S电极的滞后电压。

图6 (a) 高硫质量负载下的倍率性能，(b) 循环性能(插图：发光二极管灯)，(c) 在大电流密度下所制备的电极的循环性能。

小结

湘潭大学王先友教授团队发现，钙钛矿型快离子导体La_0.56Li_0.33TiO₃  (LLTO)对锂硫电池展示了显著的电催化作用，它能够与多硫化物形成良好的亲和界面，加速多硫化物的电化学转化反应，从而在贫电解液条件下，也能表现出优异的电化学性能。在0.8 mA cm^-2电流密度下，E/S降为5时，其比容量为721 mAh g^-1，当硫负载为6.4 mg cm^-2时，面积比容量仍可达到4.3 mAh cm^-2。本研究创造性地将快离子导体LLTO引入锂硫电池，以促进硫基分子的快速溶解和调节Li₂S的均匀沉积，从而加快多硫化锂电化学转化的动力学，提高反应的可逆性，增加电池的可逆容量和循环寿命。本研究为贫电解液条件下实现高性能锂硫电池作了积极的探索。本文第一作者为2016级博士研究生陈曼芳，通讯作者为王先友教授。

该论文作者为：Manfang Chen, Cheng Huang, Yongfang Li, Shouxin Jiang, Peng Zeng, Gairong Chen, Hongbo Shu, Hong Liu, Zhihao Li, Xianyou Wang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Perovskite-type La_0.56Li_0.33TiO₃ as an effective polysulfide promoter for stable lithium-sulfur batteries in lean electrolyte condition

J. Mater. Chem. A, 2019, DOI: 10.1039/C9TA01500K

通讯作者简介

王先友，现任湘潭大学研究生院院长，是首批湖南省二级教授、博士生导师，是国家重点研发计划评审专家、科技部国际合作项目评价专家、享受国务院政府特殊津贴专家，获评为科学中国人（2016）年度人物、首届湖南省先进科技工作者、湘潭市首届科技领军人才、长沙市科技创新领军人才等，h-指数43，自2014年Elsevier出版集团推出高被引中国学者以来，连续5年在能源领域入选高被引中国学者。发表高水平学术论文360多篇，其中SCI收录论文320多篇，10篇论文进入全球ESI前1%，获授权国家发明专利27项。出版了中国第一部锂离子电池专著–《锂离子电池》（合著）。培养了许多优秀的博士和硕士研究生，服务于我国的新能源领域，获湖南省优秀博士毕业论文1篇，湖南省优秀硕士毕业论文6篇。

湘潭大学王先友教授团队在锂硫电池研究方面取得了一系类研究成果，发表了多篇高水平文章。如正极材料结构设计（Small, 2018, 14(49): 1803134；ACS Appl. Mater. Inter., 2018, 10, 13562-13572；Chem. Eng. J., 2018, 335, 831-842；J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 16148-16156；ChemSusChem, 2017, 10, 1803-1812；Chem. Eng. J., 2017, 313, 404-414；ACS Sustain. Chem. Eng., 2018, 6, 7545-7557；J. Electrochem. Soc., 2016, 163, A2922-A2929）、隔膜优化设计（Chem. Eng. J., 2019, 355, 478-486；）等方面。

王先友

https://www.x-mol.com/university/faculty/14262

课题组网站

http://nem.xtu.edu.cn/

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