锂硫电池具有非常高的理论能量密度（2600Wh/kg或者2800Wh/L），是下一代二次电池的首选。相比于锂离子电池，体积能量密度是锂硫电池未来实用化的挑战之一。尤其是目前普遍采用碳材料作为硫的载体，碳材料的轻质特性导致硫/碳复合材料的振实密度较低，严重降低硫基复合材料的体积比容量；而且碳材料对多硫离子的吸附和催化能力较差，不利于硫正极循环稳定性的提升。

       因此，为了提高硫基复合材料的体积比容量和循环稳定性，南开大学的高学平教授提出，摒弃碳材料的干扰，单独采用复合金属氧化物作为硫载体来构筑高性能的硫基复合材料。特别是在铁酸盐负载硫的研究基础上，进一步拓展采用钴酸盐来负载硫制备硫基复合材料。相比于传统的碳材料，钴酸盐在硫正极中具有不可比拟的优越性。其中，NiCo2O4具有较高的密度（5.6g/cm3），S/NiCo2O4复合材料的振实密度高达1.66g/cm3，接近单质硫的密度（2.07g/cm3），可以显著提高硫正极的体积比能量。此外，极性的NiCo2O4对多硫化物具有较强的化学吸附能力，可以减轻穿梭效应，提高循环稳定性。同时，NiCo2O4的高催化活性有助于加快硫的氧化还原反应，提升硫正极的倍率性能。该文章发表在国际顶级期刊Advanced Energy Materials上（影响因子：21.875），第一作者为南开大学博士研究生刘亚涛。

图1. NiCo2O4和S/NiCo2O4的表征。（a）（b）SEM图，（c）TEM图，（d）HRTEM图，（e）XRD图，（f）热重曲线

　　通过静电纺丝技术制备具有多孔中空结构的尖晶石NiCo2O4纳米纤维，其大量暴露的（311）晶面具有较高的活性，为多硫化物的吸附和催化提供了足够多的反应位点。NiCo2O4的多孔和中空结构有利于实现硫的高含量负载。S/NiCo2O4复合材料中硫的含量为75 wt%。

图 2. S/NiCo2O4和S/CNF的电化学性能对比（E/S ratio:25 ?L/mg）。（a）（b）0.1C倍率下基于质量比容量和体积比容量的充放电曲线；（c, d）0.5C倍率下的循环性能；（e）1C倍率下的循环性能

图 3. 倍率性能和少电解液的电化学性能。（a, b）分别为S/NiCo2O4和S/CNF的倍率性能；（c）不同电解液含量下S/NiCo2O4的充放电曲线；（d）0.5C倍率下S/NiCo2O4的循环性能（E/S ratio：10?L/mg）；（e）0.1C倍率下S/NiCo2O4的循环性能（E/S ratio：5?L/mg）

图 4. 多硫化物的反应动力学。（a）S/NiCo2O4和S/CNF的循环伏安曲线（0.1 mV/s）；（b）（c）（d）不同扫描速度下峰电流强度与扫描速度平方根的关系；（e）放电至第二个平台中部的Nyquist图；（f）多硫化物在NiCo2O4表面的氧化还原示意图

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201803477