鋰離子電池（LIB）是用于可再生能源的存儲裝置的主要組成部分，而儲量豐富且成本低廉的硫具有高達1675mAh/g的容量，被認為是下一代鋰離子電池電極材料的替代候選者之一。為了滿足電動汽車和固定電網(wǎng)應(yīng)用，高硫含量厚電極（實現(xiàn)高容量）和高電流密度下的快速Li+傳輸是至關(guān)重要的，但高硫含量厚電極中不易產(chǎn)生有效的鋰離子通路，導(dǎo)致高硫負載正極只能在低電流密度下循環(huán)。所以想要獲得高倍率的鋰硫正極，減少鋰離子擴散阻擋層可能是最直接也是最有效率的方法之一。

近日，電子科技大學熊杰、何偉東教授與蘇州大學晏成林教授首次將具有原子層間離子路徑的鋰蒙脫石（Li-MMT）材料引入高硫含量鋰硫電池，展現(xiàn)出出色的倍率性能。Li-MMT經(jīng)過處理后具有1nm以上的層間距，允許層間陽離子自由遷移和交換，且電解質(zhì)可有效地滲透到硫電極，并允許Li+無阻礙地運輸，從而實現(xiàn)高效的離子擴散且電池性能不再受電極載硫量的嚴重影響。當與80％硫粉結(jié)合使用時（硫負載高達4mg/cm2），超寬層間路徑的獨特優(yōu)勢使Li-MMT/S電極在1mA/cm2下實現(xiàn)865mAh/g的高比容量，在15mA/cm2的高電流密度下保持345mAh/g比容量。密度泛函理論計算結(jié)果表明，其Li+擴散能壘僅有0.155Ev，且Li-MMT具有強的路易斯酸基吸附位點，從而可以有效吸附多硫化物，有效阻止多硫化物的穿梭。

圖1.a）具有層間分子空間的MMT和陽離子的骨架結(jié)構(gòu)。b）從MMT到Li-MMT的陽離子交換的示意圖。c）Li離子擴散的能壘與Li-MMT的層間表面的示意圖，其遠低于碳基電極中的擴散勢壘。

圖2.鋰離子擴散和電化學性能。a）Li-MMT/S電極在1.5-3.0V（vsLi/Li+）電壓窗口內(nèi)不同掃描速率（0.1-1.2mV/s）下的CV測試。b）IP/V1/2的值分別代表陽極氧化過程（IA），第一陰極還原過程（IC1）和第二陰極還原過程（IC2）的鋰離子擴散能力。c）AB/S和Li-MMT/S電極穿梭電流與施加的恒電位充電電壓的比較。d）AB/S和Li-MMT/S電極的倍率性能。e）Li-MMT/S電極的長循環(huán)性能。

圖3.Li-MMT/S電極的高電流密度循環(huán)分析。a,b）4mg/cm2硫負載AB/S和Li-MMT/S電極的恒流充放電曲線。c）載硫量和電流密度之間的相關(guān)性與已報道文獻對比。d）不同載硫量的電化學阻抗。e）Li-MMT/S電極在8mA/cm2下的長循環(huán)性能，硫載量為5.2mg/cm2。f,h）電流密度分別為2和8mA/cm2時鋰金屬負極的的表面形態(tài)。g）鋰金屬在高電流密度下沉積的自愈原理圖。

圖4.理論計算。a）Li-MMT在各種多硫化物（Li2S，Li2S2，Li2S3，Li2S4，Li2S6和Li2S8）上的吸附構(gòu)象。黃色，紫色，品紅色，橄欖色和深藍色球分別代表硫，鋰，氧，硅和鋁原子。b）吸附結(jié)合能和總結(jié)合能的趨勢顯示出各種多硫化物的強結(jié)合強度。c）分別暴露于AB，MMT和Li-MMT后，Li2S8溶液的UV可見光譜（350-700nm）。鋰離子電池（LIB）是用于可再生能源的存儲裝置的主要組成部分，而儲量豐富且成本低廉的硫具有高達1675mAh/g的容量，被認為是下一代鋰離子電池電極材料的替代候選者之一。為了滿足電動汽車和固定電網(wǎng)應(yīng)用，高硫含量厚電極（實現(xiàn)高容量）和高電流密度下的快速Li+傳輸是至關(guān)重要的，但高硫含量厚電極中不易產(chǎn)生有效的鋰離子通路，導(dǎo)致高硫負載正極只能在低電流密度下循環(huán)。所以想要獲得高倍率的鋰硫正極，減少鋰離子擴散阻擋層可能是最直接也是最有效率的方法之一。