近日，吉林大學材料科學與工程學院王國勇教授課題組在鋰硫電池方面取得進展。相關(guān)研究成果以“Oxygen Dopants in MoS2 Catalysts as Dual Anchors for a Lithium Polysulfide Chain to Accelerate Conversion to Solid Li2S: A Strategy to Mitigate the Shuttle Effect in Li–S Batteries”為題，發(fā)表在《Nano Letters》雜志上。

硫作為正極材料具有高理論比容量，是當前商業(yè)化鋰離子電池正極材料的近十倍，因此其在二次電池領(lǐng)域極具應用前景。然而硫與鋰離子反應的初始產(chǎn)物是多硫化鋰，其軌道結(jié)構(gòu)與電解液具有相似性。這種結(jié)構(gòu)相似性導致多硫化鋰在電解液中呈現(xiàn)高溶解特性，致使正極材料發(fā)生溶解并脫離正極，最終引發(fā)電池容量的急劇衰減。

在此研究中，提出了一種對二硫化鉬的氧摻雜調(diào)控策略，通過精確調(diào)控表面最優(yōu)氧摻雜構(gòu)型，實現(xiàn)摻雜氧原子間距與多硫化鋰鏈中雙鋰原子的匹配性吸附。這種設計不僅能促使S-S鍵定向排列于催化劑表面，更可將長鏈分子錨定在催化劑表面，提升與催化劑的接觸面積，從而加速多硫化鋰分解。該策略同時有效抑制多硫化物的電解液擴散，使穿梭效應得到顯著緩解。

圖1 多硫化物在不同樣品表面的吸附過程示意圖

帶負電荷的氧摻雜劑彼此間隔分布，確保多硫化鋰鏈中帶正電荷的鋰離子兩端都能被電極表面吸附。這維持了多硫化鋰與電極之間的電傳導，防止多硫化鋰溶解并擴散到會發(fā)生副反應的對電極上。此外，具有催化活性的二硫化鉬可以加速多硫化鋰的轉(zhuǎn)化并提升反應動力學性能。得益于此，組裝的鋰硫電池在0.2 C電流密度下初始容量達1410.4 mAh g-1，循環(huán) 100 次后容量保持率為 62.7%，在 2 C 的電流密度下初始容量為880.3 mAh g-1循環(huán) 400圈，每圈容量損失僅為 0.094%。

圖2 Mo(S-O)2材料組裝鋰硫電池性能

吉林大學材料科學與工程學院博士生李春霖為本文第一作者，通訊作者為吉林大學材料科學與工程學院王國勇教授。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目，長春市科技發(fā)展重點研發(fā)計劃項目，以及南京航空航天大學航空航天結(jié)構(gòu)力學與控制國家重點實驗室項目的大力支持。

論文詳情：Li, C., Yu, X., Sun, L., Zhao, Z., Li, G., Yang, C. C., ... & Wang, G. (2025). Oxygen Dopants in MoS2 Catalysts as Dual Anchors for a Lithium Polysulfide Chain to Accelerate Conversion to Solid Li2S: A Strategy to Mitigate the Shuttle Effect in Li–S Batteries. Nano Letters.

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c05857

（來源：吉林大學 版權(quán)屬原作者 謹致謝意）