鋰硫電池（LSB）比容量（1675 mAh g?1）和能量密度（2600 Wh kg?1）比鋰離子電池高好幾倍。鋰離子電池采用低成本、無毒的硫陰極被認為是最有前途的下一代充電電池系統。然而，在其商業化之前，仍有幾個關鍵問題需要解決。例如，由于LiPS在有機電解液中溶解而產生的穿梭效應，導致硫利用率低和金屬鋰的腐蝕。此外，硫和Li2S2/Li2S的絕緣特性會阻礙電子傳遞，導致電荷轉移動力學緩慢。過大的體積膨脹（80%）會加速電極材料的粉碎，導致容量的快速下降。因此，開發一種固定化LPS并加速反應動力學的策略是LSB商業化的關鍵。

來自山東大學和中國科學院上海硅酸鹽研究所的學者設計并合成了一種將NBN納米晶固定在摻氮碳納米片上，使聚丙烯（PP）膜（NBN@NC/PP）功能化的方法，并且其涂層厚度僅為4μm。該功能改性層可促進硫的轉變以及鋰的電鍍。一方面，采用NBN@NC/PP隔膜的硫磺電池具有良好的循環穩定性和倍率容量。第一性原理計算和X射線光電子能譜分析表明，NbN的良好電化學性能部分歸因于Nb-S和N-Li鍵的形成，使NbN與鋰聚硫醚之間存在較強的化學相互作用。微小的納米晶（《2 nm）和團簇的形成使NBN與聚硫醚相互作用的表面積最大，從而對含硫反應具有良好的催化作用。NbN@NC/PP電池具有較高的交換電流密度和Li+擴散系數，實驗證明， NbN的引入確實加速了反應動力學。另一方面，Li//Li對稱電池的性能表明，NbN@NC修飾層可以很好地誘導均勻的鋰沉積。這項工作揭示了NBN在鋰硫電池中的應用潛力，并鼓勵人們探索具有應用前景的氮化物，以制造高性能的下一代電池。

圖1.NBN@NC納米片材的合成工藝示意圖及其作為功能分離材料的應用

圖2.NbN@NC納米片的形貌和結構。a、b）FESEM圖像。c、d）透射電鏡圖像。e、f）HAADF-STEM圖像。（e）中的插圖顯示了相應的顆粒大小分布圖案。g-k）STEM圖像和對應的C（h）、N（i）、Nb（j）和合并圖像（k）的EDX映射。

圖3. a）NbN@NC和Nc的XRD圖譜和b）Raman光譜，c）NbN@NC的N2吸附/脫附等溫線和孔徑分布（插圖），NbN@NC的Nb 3d和N 1s的XPS譜，以及f）NbN@NC的TGA曲線。

圖4.A）硫磺//NbN@Nc在0.1 mV s?1下的CV曲線（電壓范圍為1.7-2.8V）.b）三種Li-S電池在0.1-0.5C下的循環性能.c）硫//NbN@Nc在0.5C的性能。 d）不同循環下的恒流充放電曲線三種Li-S電池在0.2C-1.0C下的循環性能。

圖5.a-c）帶有不同隔膜的Li-S電池峰值電流隨掃描速率的線性變化曲線。d）采用不同隔膜的鋰硫電池在放電和充電過程中的反應阻力。f）采用不同隔膜的Li-S電池的I-t曲線。g）NbN@NC和NC基對稱電池在10 mV s?1下的CV曲線。

圖6.a）Li2S，b）Li2S4，c）Li2S6和d）Li2S8在NbN（111）晶面上的吸附配位。e）帶PP、NC/PP和NbN@NC/PP隔板的Li//Li對稱電池的電壓分布為1 mA cm?2，剝離/電鍍容量為3 mAh cm?1。f）帶NbN@NC/PP隔板的對稱電池的倍率性能。

綜上所述，本文采用熱解氮化法設計并制備了均勻分布在N摻雜碳片（NbN@NC）表面的極性NbN納米粒子，作為鋰硫電池的新型隔膜改性劑。NBN與LiPSs之間較大的結合能可以抑制LiPSs的溶解，緩解穿梭效應等。NBN的催化作用加速了LiPS的轉化和Li2S在表面的成核。NC納米片為NBN納米粒子提供了更多的吸附位置，這可以防止納米粒子的團聚，并將更多的活性中心暴露在化學吸附LiPS上。本工作為將NBN應用于高性能鋰硫電池中LiPS的配制和鋰的均勻沉積提供了重要的實驗和理論依據。