DOI: 10.1016/j.jechem.2021.01.012

硫化聚丙烯腈（SPAN）是锂硫（Li-S）电池的一类独特的正极材料，它消除了碳酸盐基电解质中的多硫化物穿梭问题。然而，由于SPAN的化学键合和有机性质，活性质量百分比和倍率性能是阻碍其最终在实验室外部署的两个瓶颈问题。在本工作中，研究者利用多变量静电纺丝技术制备了一种独立式SPAN纳米纤维正极，将导电碳纳米管和原子分散的Co中心嵌入其中，以期赋予SPAN电荷导电性和催化活性，从而最大限度地提高S转化的氧化还原动力学。尽管CNTs可以显著增强纤维的导电性并产生介孔孔隙率，以促进电荷和质量传输，但Co-N4S基序交联SPAN则产生额外的电荷传导途径，并进一步充当催化活性位点以加速氧化还原S的转化。结果表明，所制备的纤维电极获得了优异的Li-SPAN性能，在0.2C下的比容量高达1856 mAh g-1，倍率性能高达10C，在1C下具有长达1500次循环的超长电池寿命。因此，该研究提供了对配位化学的新见解，通过确保从SPAN到Li2S的更完全的氧化还原转化来最大限度地利用硫，反之亦然。

图1.Co10-SPAN-CNT的形态和微观结构。（a）FE-SEM和（b）HRTEM图像；（c）高倍放大HR-TEM和相应的SAED图谱（插图）；（d）HADDF-STEM图像，以及（e-h）C（红色），N（蓝色），S（黄色）和Co（绿色）的相应EDX映射。

图2.Co10-SPAN-CNT的XPS光谱。（a）C1s，（b）N1s，（c）S2p和（d）Co2p3/2。

图3.Co10-SPAN-CNT的XAFS光谱和结构模型。（a）Co K边缘的XANES，（b）FT-EXAFS光谱，以及（c）基于Co-N4S配位结构拟合FT-EXAFS。（d）Co10-SPAN-CNT的交联结构。

图4.Co10-SPAN-CNT在Li-SPAN电池中的电化学性能。（a）Co10-SPAN-CNT在0.2C下进行前100个循环的放电/充电曲线；（b）不同SPAN复合材料在0.2C下的循环性能；（c）Co10-SPAN-CNT和SPAN-CNT的倍率性能和（d）EIS光谱；（e）Co10-SPAN-CNT在1C下的长期循环性能。

图5.前4个循环中SPAN-CNT和Co10-SPAN-CNT的连续CV曲线。（a）SPAN-CNT；（b）Co10-SPAN-CNT；（c，d）放大了1.4V左右的CV曲线。

图6.不同氧化还原状态下Co10-SPAN-CNT的非原位FT-IR光谱。

图7.第三次放电和充电循环后，Co10-SPAN-CNT正极的非原位XPS光谱。（a）C1s；（b）N1s；（c）S2p；（d）Co2p3/2。