能量密度和安全性问题是开发锂离子电池（LIBs）以满足电动汽车（EVs）和电网储能日益增长需求的主要关注点。然而，基于插层型正极/负极的最先进LIBs的重力能量密度已经发展到接近理论极限水平（~280 Wh kg−1）。一种具有吸引力的提高能量密度的是将传统的插层化学反应机制转向转化反应机制。Li-S电池作为一种具有吸引力的典型基于S与Li的转化反应能够达到高的理论容量（1675 mAh g−1）和能量密度（2600 Wh kg−1）。然而，臭名昭著的“穿梭效应”的问题会导致电池库伦效率差、自放电严重和容量衰减快。全固态Li-S电池体系可以完全消除多硫化物的穿梭，同时降低电解液的挥发性和可燃性溶剂的安全风险。但也因缺乏对反应动力学有利的多硫化物的溶解过程，绝缘的S/Li2S的固相转化反应受到活性材料、SSE和导电碳的三组分接触界面上电子/离子运输的强烈限制。因此，在电极材料中通常需要引入高比例的导电碳和SSE。但导电碳和SSE之间的界面接触面积过大还会导致循环过程中SSE发生不可避免的氧化分解，最终导致电池内阻增大，限制了电池的循环寿命。
解决这一问题的方法之一可以使用过渡金属硫化物（TMs）作为硫宿主，减少碳引入的同时S与TMs之间还具有优异的界面相容性和稳定性。此外大多数TMs在S/Li2S氧化还原对的工作电压范围内也具有电化学活性，与S复合涉及双重插层转化机制，从而产生额外的容量。层状过渡金属二硫化物（如MoS2, TiS2, WS2和VS2）或其锂化形式具有混合离子/电子导电性，有助于减少SSE降解同时促进Li+的迁移。基于前期的研究工作发现，层状TMs可以通过机械法、化学剥离法、湿法化学合成和化学气相沉积等方法可以薄化其块体至具有大展弦比和比表面积的薄层甚至单层。由于可使其与电极组分的接触面积得到显著扩展且不产生副反应，此特点对于其在全固态电池的应用非常重要。然而，鲜有超薄层TMs作为硫宿主实现双活性组分全固态Li-S正极的报道。
因此，我们报道了超薄层S/MoS2/C纳米片作为全固态Li-S正极。这种电极具备全固态Li-S所需的多重优点：1）高度暴露的表面实现了S、MoS2和SSE的面-面接触；2）嵌锂状态的LixMoS2是一种离子/电子混合导体同时促进S的转化反应，不引入额外导电添加剂；3）MoS2可以额外贡献容量。
提出了基于少层S/MoS2/C（<5层）的全固态Li-S电池复合硫正极，在不需要添加额外导电碳的条件下展现出了优异的电化学性能。多功能型MoS2/C展现了与S和SSE高暴露的面-面接触条件；其放电过程中原位形成的LixMoS2具有离子/电子混合导电特性；可有效提高S的利用率并作为活性材料一部分贡献容量。高活性组分S+MoS2/C含量（60%）和低碳含量（~3.97%）的正极展现出了高达980.3 mAh g−1（基于整个正极比容量高达588.2 mAh g−1）的可逆放电比容量。在600 mA g−1的电流密度下，展现除了3500圈的循环寿命，库伦效率为98.5%。同时在12.8 mg cm−2的高载量下实现了10.4 mAh cm−2的高面容量。
图1. 化学组成及形貌表征图
图 2. 全固态电极SEM图
图 3. 电极的反应机制
图 4. 电化学性能
图5. 高载量电化学性能及对比
唐浩林教授，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室学科首席教授、博士生导师。国家重点研发计划“十四五” “氢能技术”总体组专家、燃料电池方向召集人，IEEE中国氢储能技术分委会副主席、中国内燃机学会储能技术分会副主任委员、中国可再生能源学会青年专委会常务理事、SCI国际期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》、《Energies》、《Polymers》编委。“万人计划”科技创新领军人才（第四批，2019）；先后获得教育部“新世纪优秀人才计划” (2012年)、湖北省“杰出青年基金”(2014年)、第十四届“霍英东青年教师奖”(2015年)， “高安全性锂电隔膜”湖北省创新战略团队 (带头人，2016年)、科技部“中青年科技创新领军人才”（2017年）、湖北省“产业教授”（2019）称号及荣誉；入选英国皇家化学会会士（FRSC）、能源领域全球前2%顶尖科学家、Elsevier中国高被引学者（材料科学与工程领域）。开发的质子交换膜结构复合技术应用于电池隔膜，形成了三层共挤同质及三层共挤异质隔膜创新技术，在惠强新材形成产线10条、产量10亿平/年，产品进入电动汽车一线产业链，是比亚迪刀片电池隔膜的主要供应商，近3年年均产值5亿元以上，科技日报曾以《“一所大学”如何服务“一座大城”》进行报道。
巢毅敏教授，佛山仙湖实验室特聘专家。英国皇家化学会会士和纳米科技组秘书长，UKRI Future Leaders Fellowships (sift & interview ) Panel Member。曾任英国东安格利亚大学教授会成员，可持续能源创新研究中心主任，Novoanode Ltd公司创始人。研究兴趣涵盖纳米材料的电化学性能及其工业化应用，形成了产、学、研、用相互促进、共同发展的格局。在准确分析纳米材料的电化学现象，在材料的结构与电化学性能之间的构效关系和电化学机理分析研究方面积累了大量经验。巢毅敏教授承担多国知名研究组织机构的大量科研项目，长期从事无机纳米材料的合成、组装和功能应用方面的研究，对硅/碳基材料的合成、复合和组装具有丰富的实践经验。特别是在纳米硅的锂离子存储动力学机理及其作为高容量电极材料的关键技术方面有独到的研究。在30多年的科研生涯中成功培养了多名硕、博士研究生，在指导培养研究生方面有着广阔的国际视野和丰富的成功经验。因科研、产业化研发工作需要，巢毅敏教授团队特面向国内外诚聘博士后研究员1-2人.
1. 主要研究方向为电化学能量转化与储存及其相关材料，主要涉及锂离子电池、钠离子电池、固态电池、锂(钠)金属电池、基于有机活性物质的新型二次电池、水系储能电池等，进行核心电池的开发及稳定性测试，发表高水平论文和项目研发。
2.具有木质纤维素热解制备硬碳纳米结构经验的申请人，将予以优先考虑。
3.根据团队管理规定，完成相关科研任务。
4.协助团队完成研究生指导或其它科研相关的工作。
刘丹教授于2016年3月至2017年11月在美国威斯康辛大学（密尔沃基分校）从事博士后研究。主讲《普通化学》、《应用电化学》、《无机化学实验》、《综合实验》和《仪器分析实验》等本科生课程，主讲《精细无机合成》和《化学前沿与进展》等研究生课程，指导国家大学生创新性实验计划。获校级授课竞赛三等奖和校级优秀教案奖，院级授课竞赛一等奖；多次获授课优质优酬；主持教研项目1项；曾获校级“先进工作者”称号。主要从事多孔材料、碳材料的合成方法学研究以及锂/钠离子电池、锂硫电池、固态电池等储能器件及材料的研究。已在Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、SmartMat、Nano energy、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Source、Carbon等期刊发表SCI研究论文100余篇，SCI他人引文3300余次，H个人引文指数34。主持和参与包括国家自然科学基金等国家级和省、部级项目10余项.
李皓博士，主要从事复合固态电解质膜、离子传输、界面改性等电化学能量转化与储存及其相关材料方向的研究。已在Adv. Energy Mater.、Nano Energy、Chem. Eng. J.等期刊发表论文10余篇。参与包括国家自然科学基金、装备预研共用技术项目等.
发展历程
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