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nitrogen doped hollow carbon nanospheres as efficient polysulfide restricted layer on commercial separators for high-performance lithium-sulfur batteries

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Chinese Chemical Letters 2023年第2期34卷 613-617页

作者： Yue Zhao Zhi Gu Wei Weng Dan Zhou Ziqiang Liu Wentong Fan Shungui Deng Hao He Xiayin Yao Key Laboratory of Material Physics Ministry of EducationSchool of Physics and MicroelectronicsZhengzhou UniversityZhengzhou 450001China Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering Chinese Academy of SciencesNingbo 315201China Department of Chemical and Environmental Engineering Faculty of Science and EngineeringUniversity of NottinghamNingbo 315100China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Chongqing Key Laboratory of Extraordinary Bond Engineering and Advanced Materials Technology College of Materials Science and EngineeringYangtze Normal UniversityChongqing 408100China

The polysulfide shuttle limits the development of lithium-sulfur(Li-S) batteries with high energy density and long lifespan. Herein, nitrogen doped hollow carbon nanospheres(NHCS) derived from polymerization of dopamine on SiO_(2)nanospheres are employed to modify the commercial polypropylene/polyethylene/polypropylene tri-layer separators(PP/PE/PP@NHCS). The abundant nitrogen heteroatoms in NHCS exhibit strong chemical adsorption toward polysulfides, which can effectively suppress the lithium polysulfides shuttle and further enhance the utilization of active sulfur. Lithium-sulfur batteries employing the PP/PE/PP@NHCS deliver an initial discharge capacity of 1355 mAh/g and retain high capacity of 921 mAh/g after 100 cycles at 0.2 C. At a high rate of 2 C, the lithium-sulfur batteries exhibit capacity of 461 mAh/g after 1000 cycles with a capacity fading rate of 0.049% per cycle. This work demonstrates that the NHCS coated PP/PE/PP separator is promising for future commercial applications of lithium-sulfur batteries with improved electrochemical performances.

关键词： nitrogen doped hollow carbon nanospheres Separator modification Shuffle effect Polysulfides Lithium-sulfur batteries

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