導(dǎo)電多孔疊層氮化釩非碳限硫載體用于高負(fù)載鋰硫電池（VN）

鋰硫電池具有高理論比容量和能量密度，是一種具有應(yīng)用前景的電池系統(tǒng)。經(jīng)過十余年深入的發(fā)展，鋰硫電池所面臨的一些基本問題，如硫的導(dǎo)電性差、多硫化物穿梭效應(yīng)和體積膨脹等已經(jīng)得到了初步解決，但仍面臨著含硫量低和負(fù)載量低等瓶頸問題。采用輕質(zhì)碳基材料作為限硫載體可硫的面積負(fù)載量，但受碳基材料振實(shí)密度低的，硫電極的體積能量密度偏低，了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。因此，高密度硫電極的制備重要。一些高密度非碳材料，如金屬氧化物或硫化物可硫電極的堆積密度，但其低電導(dǎo)率會(huì)電子傳輸和離子擴(kuò)散速率。相比而言，金屬氮化物具有的導(dǎo)電性，強(qiáng)的化學(xué)固硫能力和高的催化活性，作為非碳限硫載體展現(xiàn)出突出的發(fā)展?jié)摿?。但目前氮化物載體為納米線、納米纖維、納米片等結(jié)構(gòu)，其尺寸一般較小，無(wú)法提供足夠的空間來(lái)容納更多的硫，導(dǎo)致了硫的面積負(fù)載量普遍偏低（≤3 mg cm−2）。因此，設(shè)計(jì)制備多尺度、大尺寸的限硫載體來(lái)實(shí)現(xiàn)高硫負(fù)載和高硫利用率的協(xié)同對(duì)于鋰硫電池的實(shí)用化有著重要意義。

該工作通過氮化V2O5微米片成功制備了多孔疊層VN微米片。在該方法中，以Fe-Co-Ni合金絲作為模板，誘導(dǎo)生成了疊層結(jié)構(gòu)V2O5微米片。氮化后生成的多孔疊層VN微米片具有發(fā)達(dá)的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)，連續(xù)的導(dǎo)電骨架，提供了便捷離子擴(kuò)散和電子傳輸通道以及更多的硫負(fù)載空間，如圖1a所示。圖1b,c展示的水熱合成的V2O5微米片具有的疊層結(jié)構(gòu)和光滑的表面，尺寸范圍在40~100 μm。經(jīng)600℃氮化2 h后，生成多孔疊層VN微米片，其尺寸范圍在15~80 μm，從放大的SEM照片可看到疊層堆積的結(jié)構(gòu)（圖1d,e）。TEM圖像也了VN微米片具有的多孔結(jié)構(gòu)，米粒狀的VN納米粒子以孿晶的形式存在，其中一次晶粒尺寸約為20 nm (圖1f,g)。圖1g內(nèi)的插圖顯示出間距為0.2 nm的晶格條紋，與VN (200)晶面一致。

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