英文原题：NiobiumDiborideNanoparticlesAcceleratingPolysulfideConversionandDirectingLi?SNucleationEnabledHighArealCapacityLithium–SulfurBatteries
通讯作者：LiqiangXu(徐立强），山东大学化学与化工学院
作者：BinWang（王斌）,LuWang（王璐）,BoZhang（张波）,SuyuanZeng（曾涑源）,FangTian（田芳）,JianminDou（窦建民）,YitaiQian（钱逸泰）,LiqiangXu*（徐立强）
文章亮点概述
1.NbB?纳米颗粒简单的低温固相合成
2.NbB?纳米颗粒调节Li?S沉积过程，实现Li?S三维成核
3.组装的高载量硫的锂硫电池及软包电池应用
背景介绍
硫正极通过放电产生硫化锂（Li?S）的过程，可以提供mAhg-1的理论比容量，且硫的成本远低于用作锂离子电池正极材料的钴酸锂（硫磺：小于30美元/吨，钴酸锂：大于5万美元/吨）。尽管锂硫电池具有诸多优势，但为了推进其商业化，硫正极仍然面临着巨大挑战。硫在室温下电子导电率仅为5*10-30Scm-1,放电产物Li?S电子电导率也仅有10-30Scm-1，如此高的绝缘性严重限制了S和Li?S之间的转化过程，使得放电过程中Li?S在正极表面的成核和生长变得更加困难，且可溶的多硫化物一方面为电极/电解液界面得失离子和电子提供了平台，另一方面其溶解于电解液中导致活性材料的损失及穿梭效应严重损害了锂硫电池的进一步应用。通过了解硫正极反应和失效机理，设计一种具备高导电性、高极性和催化性质的载体材料是当下的硫正极设计的发展趋势。图1为本工作以硼化铌（NbB?）纳米颗粒作为硫载体，加速了正极反应动力学，实现了高面容量的锂硫电池。
图1.NbB?加速正极反应动力学
文章亮点
近日，山东大学徐立强教授课题组在ACSNano上发表了NbB?纳米粒子增强正极动力学实现高容量的锂硫电池。通过计时安培电流法研究了Li?S电化学沉积成核机理，通过I－t暂态曲线得到它的无因次(I/Im)2-t/tm曲线，然后将其与瞬时成核或连续成核机理理论计算曲线相比，判断其核机理如图2b所示，NbB?可以调控Li?S三维瞬时成核，这极大的促进了硫化锂的形成，减小了硫化锂生成的反应势垒。
图2.NbB?调控Li?S成核
通过反应活化能和吉布斯自由能的计算验证了NbB?可以降低硫正极反应活化能，促进氧化还原反应的进行。当硫载量为16.5mgcm2时,面容量可达17mAhcm-2,远高于商业化锂电应用要求的4mAhcm-2。组装的软包电池的也展现出优异的比容量性能，且可以点亮LED灯及驱动风扇工作一段时间。原位XRD的表征则证明了α-S8和β-S8可在充放电过程中实现可逆转化，Li?S信号的检测也进一步验证了NbB?对Li?S三维沉积的“助力”作用。
图3.NbB?加强正极动力学机理研究
总结/展望
在相对较低的温度下，通过简单的固相合成，制备了具有丰富活性位点暴露和高导电性的纳米NbB?。其作为硫载体材料，可以有效提高正极动力学，避免了正极表面钝化，降低Li?S的成核势垒，调控Li?S三维沉积，由此获得了具有高容量和应用潜力的锂硫电池。高导电性、高极性和具备催化性质的功能材料的合理设计是解决硫正极问题，推动锂硫电池进一步发展的关键。
论文发表在ACSNano上，山东大学博士研究生王斌为文章的第一作者，徐立强教授为通讯作者。
通讯作者信息：
徐立强教授
山东大学教授，博士生导师，中国化学会高级会员。
近年来一直致力于新型高性能碱金属二次电池、锂硫二次电池正负极电极材料及新型电催化相关材料的新颖制备方法探索、结构与性能调控及其实际应用等;相关研究属无机合成与制备化学、纳米材料、电化学,晶体结构与性能及器件等交叉学科的前沿研究领域。在上述相关研究领域目前已在ChemicalSocietyReviews.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.,ACSNano，Adv.Energy.Mater.,EnergyStorageMaterials,NanoToday,ACSEnergyLett.,Chem.Mater.，NanoResearch,J.Mater.Chem.A.,Small等发表本人为第一/通讯作者的SCI收录论文余篇并获邀撰写综述论文及封面论文多篇，相关论文已被他引余次；获授权国家发明专利16项;年获山东省自然科学二等奖1项（排名第壹位）。
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