DOI: 10.1016/j.cej.2022.138191

锂硫电池具有超高的理论能量密度，是最有前途的下一代储能系统之一。但由于容量衰减快、倍率性能差，仍难以实现大规模商业化。这些问题主要是由多硫化锂（LiPS）的严重穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学引起的。为了排除这些障碍，本工作通过在市售隔膜表面涂覆异质结构且有缺陷的MoP-MoO2和多孔碳纳米纤维（PCNFs）制备了功能隔膜。首次详细探讨了由MoO3纳米带衍生的各种异质结（MoP-MoO2、Mo3P-MoO2和MoP-Mo3P）的形成过程，并对通过MoO3前体的磷化构建异质结构MoP-MoO2提出了一些构想。由于异质结构MoP-MoO2纳米带的丰富锚定位点和所制备PCNFs缩短的锂离子通道，功能涂层具有良好的LiPS穿梭拦截能力和快速的LiPS转换能力。得益于这些优势，采用MoP-MoO2/PCNFs隔膜组装的Li-S电池在1C和2C时的比容量分别高达1078.9mAh/g和1056.7mAh/g，且具有出色的循环稳定性（在1C下循环400次后为856.9mAh/g，在2C下循环500次后为630.1mAh/g）。当硫负载量为4.0mg/cm2时，配备MoP-MoO2/PCNFs隔膜的电池显示出出色的循环性能，300次循环后在0.5C下的容量衰减率为0.08%。综上，本研究为制备含有异质结构过渡金属磷化物和氧化物的改性隔膜提供了一种新的策略，其可用于高性能锂硫电池。

图1.MoP-MoO2/PNCFs制备示意图。

图2.（a）和（b）MoO3的SEM；（c）和（d）MoP-MoO2的SEM；（e）MoP-MoO2的TEM；（f）MoP-MoO2的EDS。

图3.（a-c）MoP-MoO2的HRTEM，（c1-c2）为b）中红色区域1-2的放大；（d）MoP-MoO2的HRTEM和元素映射图像。

图4.（a）MoP-MoO2的XRD；MoP-MoO2中Mo3d（b）、P2p（d）和O1s（d）的高分辨率光谱；MoO3中Mo3d（e）和O1s（f）的高分辨率光谱。

图5.（a）MoP-MoO2和MoO3纳米带的氮气吸附-解吸等温线；（b）MoP-MoO2和MoO3纳米带的孔径分布；（c）MoP-MoO2/PCNFs改性隔膜（右）和Celgard隔膜（左）的光学图像；（d）MoP-MoO2/PCNFs改性隔膜的SEM。

图6.原始Celgard和MoP-MoO2/PCNFs改性隔膜的动态电解质接触角测量。

图7.（a）和（c）在0.1mV/s的扫描速率下测得的循环伏安曲线；当硫负载量为2.2mg/cm2时，具有不同隔膜的Li-S电池（b）在1C下循环400次和（d）在2C下循环500次的循环性能。

图8.具有不同隔膜的电池在1C下循环400次之前（a）和之后（c）的EIS曲线；使用MoP-MoO2/PCNFs隔膜的电池在（b）5C下循环300次的循环性能，硫负载量为2.2mg/cm2，在（e）0.5C下循环300次的循环性能，硫含量为4.0mg/cm2；（d）当硫负载量为2.2mg/cm2时，配备不同隔膜的电池在不同电流密度下的倍率性能。

图9.（a）和（b）MoP-MoO2/PCNFs隔膜在1C下循环400次后的SEM；（c）和（d）Celgard隔膜在1C下循环400次后的SEM；（e）和（f）MoP-MoO2/PCNFs隔膜在1C下循环400次后的C1s和S1s高分辨率光谱。

图10.（a）和（b）配备MoP-MoO2/PCNFs隔膜的电池在1C下循环400次后锂金属电极的SEM和（c）EDS；（a）和（b）配备Celgard隔膜的电池在1C下循环400次后锂金属电极的SEM及（c）EDS。

图11.不同隔膜的多硫化物渗透实验数码照片。