江苏大学《ACS SCE》:MOF衍生的MnS/N-C@CNT复合材料作为长循环锂硫电池的隔膜涂层材料

1成果简介 

为了解决由硫的绝缘性质以及反应中间体的穿梭效应引起的锂硫电池循环性能差和库仑效率低的问题，本文，江苏大学Fang Li等研究人员在《ACS Sustainable Chem. Eng》期刊发表名为“MOF-Derived MnS/N–C@CNT Composites as Separator Coating Materials for Long-Cycling Li–S Batteries”的论文，研究提出一种特殊的金属-有机骨架衍生的掺氮碳/碳纳米管（CNT）复合材料修饰有MnS纳米颗粒（MnS/N-C@CNT)，首先通过简单的室温水溶液反应制备了ZIF-8/CNT复合材料，并碳化得到氮掺杂碳/CNT（N–C/CNT）结构。然后，通过溶剂热法制备MnS/N- C@CNT复合材料。通过使用 MnS/N- C@CNT作为 Li-S纽电池的涂层，多硫化锂的穿梭效应受到极大阻碍。
CNT被认为是良好的锂+基于的大的长度-直径比-离子导体，以及接枝到CNT的ZIF-8衍生的N-C纳米立方体由于其微孔结构的一个强有力的多硫化锂的吸附能力。此外，埋在 N-C/CNT 基质中的 MnS 纳米颗粒显示出与多硫化锂的化学相互作用以及催化作用。由于上述优点，使用MnS/N– C@CNT改性隔膜在锂硫纽扣电池的比容量和循环性能方面表现出明显的进步。

2图文导读  

图1. (a) N- C@CNT和 (b) MnS/N- C@CNT的制备示意图。

图2. (a) PE、(b) CNT、(c)  (d) N–T@CNT和MnS/N– C@CNT/PE隔膜的厚度；(e) MnS/N– C@CNT /PE隔膜的柔韧性和机械强度的演示。

图3. (a) CNT、ZIF-8、ZIF-8/CNT和N– C@CNT的XRD 谱。

(b) Mn3[Fe(CN) 6 ]2·nH2O、MnS 和MnS/N-C@CNT的XRD 谱。(c) ZIF-8@CNT 的SEM 图像。(d) N- C@CNT复合材料的SEM 图像。(e) MnS/N-C@CNTSEM图像。(f)N- C@CNT的TEM图像。(g,h) MnS/N– C@CNT 的TEM 图像。(i) MnS/N– C@CNT 的HRTEM 图像。

图4. (a) 奈奎斯特图。(b) Zre vs ω –0.5 的线性曲线。(c) 使用扫描速率为0.1mVs–1的各种分离器的LSB的CV曲线。(d) 各种样品在0.5 C下的初始状态充电/放电曲线。(e)不同电流倍率下的倍率特性。(f)LSB在0.5C下具有各种分离器的循环特性。

图5.循环前后MnS/N– C@CNT隔膜 (a) 和 (b) 的SEM 照片和元素图。MnS/N– C@CNT隔膜（c）循环前和（d）循环后的能谱。

图6. CNT、N– C@CNT和 MnS/N– C@CNT Li 2 S 6对称纽扣电池的CV 特性。

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文献：

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c04636

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来源：文章来自ACS SCE网站，由材料分析与应用整理编辑。

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