非易燃和抑制多硫化物溶解的双效耐热隔膜助力安全和长循环锂硫电池

bianleng

锂硫（Li–S）电池因其在高能量密度储能中的应用潜力而引起广泛的研究。然而，多硫化物（PS）在电解质中的溶解导致快速的容量衰减，严重阻碍了Li–S电池的商业化。改性的正极结构和功能性隔膜可以有效抑制穿梭效应，已经可以实现高载硫情况下的数千次循环。但金属锂、硫、有机电解质和有机隔膜的安全问题，特别是易燃性，仍是一个阻碍其实际应用的大问题。在Li–S电池中，安全问题的研究仍没有得到足够的关注，寻找可以同时实现性能提升和安全性的隔膜材料是增强Li–S电池适用性的关键问题。

近期，黑龙江大学李强教授、中国电子科技大学何伟东教授和熊杰教授团队在Advanced Energy Materials期刊上发表题为“A Nonflammable and Thermotolerant Separator Suppresses Polysulfde Dissolution for Safe and Long-Cycle Lithium-Sulfur Batteries”的论文。该工作将聚丙烯腈（PAN）和多磷酸铵（APP）电纺成隔膜（PAN@APP），获得了一种可以有效抑制PS溶解并提高高温性能的非易燃多功能隔膜。由于APP中丰富的胺基和磷酸根，PAN@APP隔膜与PS具有强烈的相互作用，通过强电荷排斥作用可以抑制PS离子和自由基的传输。此外，耐火APP可以确保电池在高温下循环的稳定性。PAN@APP隔膜使Li–S电池在800次循环后容量保持率仍维持在83%。

该工作用简便的方法合成了多功能PAN@APP隔膜，隔膜中的APP同时提高了电池的安全性和电化学性能。PAN@APP隔膜在Li–S电池中表现出优异的长循环性能，也减轻了阻燃添加剂的负面影响。因此，该隔膜使Li–S电池的实际应用成为可能。另外，这种智能聚合物隔膜也可以通过替换传统隔膜而应用于其他装置中实现性能优化。