DOI:10.1016/j.jechem.2020.09.032

锂硫（Li-S）电池因其出色的能量密度、低成本和无毒特性，而成为未来几代便携式电子产品和电动汽车的有前途的储能装置。在过去的几十年中，人们研究了各种新型的电极和电解质来改善Li-S电池的性能。然而，由于长链多硫化物在液体电解质中的溶解和扩散，Li-S电池的寿命和倍率性能非常有限，而S的固有导电性较差，这严重阻碍了Li-S电池的实际应用。在此，开发了静电纺丝工艺以制备由介孔/微孔N/O双掺杂碳纳米纤维（CNF）组成的薄导电夹层。具有电子和离子传导通路的独立式3D交织结构可以增强多硫化物与N/O原子之间的接触，从而通过极强的极性相互作用实现对多硫化物的高效捕集。因此，将中-微孔N/O双掺杂CNF中间层与单分散的S纳米粒子正极结合在一起，在0.2C下经过200次循环后电化学性能高达862.5mAh/g，且每个循环的循环衰减低至0.08％。当S负载高达7.5mg/cm2时，在0.1C下进行100次循环后，可获得5.22mAh/cm2的面积比容量。

图1.（a）用于Li-S电池的PCNFs中间层的合成示意图；（b）截面SEM图像，（c）PCNFs-2中C、N和O的STEM图像以及对应的映射图像。

图2.PCNFs的SEM图像。（a-c）PCNFs-1；（d-f）PCNFs-2；（g-i）PCNFs-3。

图3.（a）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的拉曼光谱。（b）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的XRD图谱。（c）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的N2吸附和解吸等温线。（d）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的孔径分布。（e）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的高分辨率N 1s光谱。（f）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的高分辨率O 1s光谱。

图4.以不同扫描速率记录的Li-S电池的CV曲线：（a）没有夹层；（b）含PCNFs-2夹层。（c-e）电流峰值（A，B和C）的线性拟合取决于扫描速率。

图5.Li-S电池的电化学性能。（a）评估具有和不具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中间层的电池的性能。（b）具有和不具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中间层的Li-S电池在200℃下的循环性能。（c）N-5和O-I总含量的极化（ΔV）。（d）含7.5mg/cm2硫负荷的PCNFs-2中间层在0.1C下运行100个循环的循环性能。（e）具有和不具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中间层的电池的EIS光谱。（f）具有PCNFs-2夹层的Li-S电池的CV曲线，扫描速率为0.1mV/s。（g）具有PCNFs-2中间层的电池在1C下运行300个循环的循环性能。

图6.（a），（c）和（e）具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3的电池以及没有夹层的电池（g）在不同电流密度下的充放电曲线。（b），（d）和（f）具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中间层的电池和没有中间层（h）的电池在0.1C和0.5C下的初始充放电电压比容量曲线。

图7.H型电解池的数码照片以及两侧腔室的相应颜色变化。