電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能等新興技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)二次電池的能量密度提出了更高的要求。近年來(lái)，鋰硫電池因具有極高的理論能量密度（2600 Wh kg-1）而成為了二次電池領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。阻礙鋰硫電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，是活性物質(zhì)硫和放電產(chǎn)物L(fēng)i2S2/Li2S導(dǎo)電性差、多硫化鋰穿梭效應(yīng)及氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢。

　　圖1 基于高導(dǎo)電性CoS2插層/包覆蒙脫石的鋰硫電池正極材料制備過(guò)程及其作用機(jī)理示意圖

　　二維層狀粘土材料層間通道結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)電極或隔膜中鋰離子的高速傳輸，而且粘土硅鋁酸鹽片層對(duì)多硫化鋰具有強(qiáng)化學(xué)吸附作用，可有效抑制穿梭效應(yīng)。利用這一特性，省科學(xué)院化工研究所電子信息材料研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于導(dǎo)電納米材料插層/包覆蒙脫石的方法（圖1）。在解決蒙脫石不導(dǎo)電問(wèn)題的同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化了層間鋰離子傳輸通道結(jié)構(gòu)，并且所制備的復(fù)合載體材料對(duì)多硫化鋰具有吸附-催化協(xié)同作用，從而有效強(qiáng)化了多硫化鋰的吸附及氧化還原動(dòng)力學(xué)過(guò)程。所制備的鋰硫電池正極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能（圖2），在2 C高電流密度下循環(huán)500次后，其放電容量仍可達(dá)520 mAh g-1，而且倍率性能可達(dá)5 C（~548 mAh g-1）。該研究為二維層狀粘土材料在鋰硫電池中的應(yīng)用提供了新思路。近五年來(lái)，二維層狀粘土材料，特別是蒙脫石納米粘土材料，在鋰硫電池正極和隔膜中展現(xiàn)出了突出的應(yīng)用潛力。

　　圖2 基于高導(dǎo)電性CoS2插層/包覆蒙脫石的鋰硫電池正極電化學(xué)性能

　　相關(guān)研究成果分別發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊ChemSusChem及Nanotechnology Reviews上，論文第一作者為吳煉博士。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省科學(xué)院建設(shè)國(guó)內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目等的資助。

　　論文信息：

　　[1] L. Wu, Y. Yu, Y. Dai, Y. Zhao, W. Zeng, B. Liao, H. Pang, Multisize CoS2 particles intercalated/coated-montmorillonite as efficient sulfur host for high-performance lithium sulfur batteries, ChemSusChem 10.1002/cssc.202101991.

　　[2] L. Wu, Y. Dai, W. Zeng, J. Huang, B. Liao, H. Pang, Effective ion pathways and 3D conductive carbon networks in bentonite host enable stable and high-rate lithium-sulfur batteries, Nanotechnology Reviews 2021, 10, 20-33.

　　（省科學(xué)院化工研究所/供稿）