近日，信息科学技术学院新能源技术研究院麦耀华团队在锂硫电池正极材料领域取得新进展，相关研究成果以“Encapsulation of Sulfur into N-Doped Porous Carbon Cages by a Facile, Template-free Method for Stable Lithium-Sulfur Cathode”为题发表于著名材料类期刊Small上(影响因子：11.459). 曾帅波博士为本文的第一作者，通讯作者是钟海副研究员和麦耀华教授。

研究人员在防止高阶、可溶性多硫化锂在电解液中溶解和促进低阶、非可溶性多硫化锂在电极内部沉积方面做了大量工作。前期研究表明将硫和碳纳米管、石墨烯复合制备的电极可以有效缓解多硫化物的溶解和扩散。尽管有这些优势，但硫电极在大电流下的循环性能依然不能令人满意；而中空二氧化钛球、氧化钙、五氧化二钒，片状二硫化钼、聚苯胺纳米管等材料也报道可以形成封闭的硫存储空间，但其低导电性限制了硫电极的电化学活性。此外，最近锂硫电池中引入了电催化技术，可以在充放电反应过程中加速多硫化锂的转化、增强电化学反应动力学、缓解“穿梭效应”等方面发挥重要作用。然而，同时实现密封结构、高导电性和高效电催化转化多硫化锂活性的材料仍是锂电池发展的巨大挑战。

图：合成纳米碳笼包覆硫颗粒示意图。

该论文设计出了高性能的锂硫电池中活性硫材料的宿主材料，研究制备了氮掺杂空心球碳(NHSC)作为的硫宿主材料，该前驱体材料在800 ℃下热解制备，NHSC具有较高的导电性和较大的比表面积。传统的硬模板制备中空球的方法不仅在制备过程中容易破坏碳纳米结构的结构完整性，而且在合成后去除模板时易引入杂质。而本文采用的聚多巴胺在稳定的油/水混合界面聚合的方式，制备了中空球结构，这种方法不需要后续的硬模板去除工序。使用该中空球形封装球形硫颗粒、制备了S@NHSC纳米复合材料。由于碳纳米球内部具有较大的介孔结构和相互接触的多维结构，制备的S@NHSC纳米复合材料不仅具有良好的导电性，而且获得了较高的硫含量。重要的是，由于NHSC的物理封装，有效地抑制了多硫化物的穿梭效应。此外，NHSC良好的催化活性显著促进了多硫化锂的快速转化。得益于这些独特的物理特性和新颖的化学功能，S@NHSC电极制备的锂硫电池表现出了优异的电化学性能。

此项研究得到了国家自然科学基金项目、中央高校基础科研基金和中国博士后科学基金项目的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202001027