MOF衍生的CoS2錨定在硫化聚丙烯腈納米纖維上，用于高容量鋰硫電池

DOI: 10.1039/c9ta11390h 

硫化聚丙烯腈（SPAN）具有出色的容量可逆性和結構穩定性，是商用鋰-硫（Li-S）電池最有前途的正極材料之一。然而，由于復合材料的面積/體積能量密度不足，特別是當用作可穿戴式能量存儲裝置的柔性陰極時，復合材料中40 wt%的有限含硫量限制了其實際應用。本文報告了一種超薄且濃縮的SPAN薄膜，該薄膜是通過在由PAN和CNT組成的電紡纖維上原位生長ZIF-67合成的，然后進行硫化過程以生成表面錨定的CoS2，該表面可以有效抑制纖維膨脹和膜增厚。同時，導電CoS2有助于加快硫轉化的氧化還原動力學，從而實現具有更高面積容量的高性能Li-S電池。這項研究刷新了SPAN電池的當前性能，在5.9 mg cm-2的硫負載下具有8.1 mA h cm-2的超高初始面積容量，以及在原型袋式電池中1322 mA h g-1的超高容量，該方案為實現高能量密度的柔性鋰-硫電池提供了廣闊的前景。

圖1纖維復合材料的制造示意圖和相應的形態表征。（a）用于制造獨立式CoS2-SPAN-CNT電極的合成方案；（b）PAN-CNT-MeIM，（c）ZIF-67@PAN-CNT和（d）CoS2-SPAN-CNT的FE-SEM圖像。

圖2硫化前后纖維的形態學表征。（a）ZIF-67@PAN-CNT的HR-TEM圖像；（b）CoS2-SPAN-CNT的HR-TEM和SAED圖像；（c）CoS2-SPAN-CNT的STEM-HAADF圖像以及（d）碳、（e）硫、（f）氮和（g）鈷的相應EDX圖。

圖3新鮮的CoS2-SPAN-CNT復合材料的XPS分析。（a）Co 2p；（b）S 2p；（c）C 1；（d）N 1s。

圖4CoS2-SPAN-CNT的電化學表征。（a）硫負載量為0.2 mg cm-2在0.2 C時的恒電流充/放電曲線；（b）CoS2-SPAN-CNT和對照樣品在0.2 C下的循環性能；（c）具有不同面硫負載量的CoS2-SPAN-CNT在0.2 C的循環性能；（d）從0.1 C到5 C的速率能力；（e）1 C的長期循環性能；（f）原型袋式電池在0.2℃下的循環性能。

圖5首次放電和充電后CoS2-SPAN-CNT陰極的非原位XPS分析。（a）N 1s；（b）S 2p；（c）Co 2p；（d）C 1s。