DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.149908

满足高容量储能需求的锂硫（Li-S）电池受到人们越来越多的关注。然而，大多数应用于电极的基材很难同时具备较高的电导率和完全覆盖的吸附-催化协同效应。在本研究中，结合静电纺丝和水热法制备了铁基尖晶石CoFe2O4（CFO）负载氮掺杂碳纳米纤维（CFONC）复合膜，并将其应用于以Li2S6为正极电解质且无粘合剂的Li-S电池。得益于CFO丰富的活性位点，多硫化锂在氧化还原反应中的催化性能得到了改善，S负载量为4.74mg的CFONC复合材料在0.2C时的初始放电容量为1096mAh/g。500次循环后的放电容量为681mAh/g，每个循环的容量衰减低至0.076％。即使当S负载量为7.11mg时，CFONC电池仍可提供6.1mAh的高初始容量，300次循环后保持为4.8mAh。结果表明，多功能CFONC复合材料可有效地化学锚定多硫化物并催化氧化还原反应，是未来大规模应用高性能锂硫电池的可行策略。

图1.CFONC的制备过程示意图。

图2.（a）所制备的NC和CFONC的XRD图谱。CFONC的XPS光谱：（b）全扫描XPS光谱，（c）Fe2p区域，（d）Co2p区域，（e）O1s区域，以及（f）N1s区域。（g）NC和（h）CFONC的SEM图像。（i）CFONC的TEM图像和（j）HR-TEM图像。（k）CFONC的元素分布。

图3.12h后，空白、NC和CFONC在Li2S6溶液中的UV-Vis光谱。

图4.（a）当扫描速率为0.1mV/s时，以NC和CFONC为正极的Li-S电池的循环伏安图，（b）当电流密度为0.2C时的恒电流放电曲线，（c）正极和（d）负极电流峰的恒电位极化曲线，（e）正极和（f）负极反应的Tafel曲线。

图5.（a）当S负载量为4.74mg，电流密度为0.2C时，以NC和CFONC为正极的Li-S电池的循环性能，（b）当S负载量为7.11mg，电流密度为0.2C时，该电池的额定容量和（c）循环性能。配备（d）CFONC/Li2S6和（e）NC/Li2S6电极的对称电池的CV曲线。

图6.（a）NC/Li2S6和（b）CFONC/Li2S6电极在各种电压扫描速率下的CV曲线。（c）还原过程和（d）氧化过程的CV曲线峰值电流与扫描速率平方根的关系。在2.00V下进行恒电位放电时，（e）NC和（f）CFONC电流与时间的拟合曲线。

图7.CFONC/Li2S6循环电极：（a）全扫描XPS光谱，（b）Fe2p区域，（c）Co2p区域，（d）O1s区域和（e）S2p区域的XPS光谱，（f）循环后CFONC的SEM图像，电子辐照（g）0秒后，（h）5秒后和（i）10秒后CFONC循环电极的TEM图像。（j）CFONC循环后的暗场图像和（k）元素映射图像。