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Batteries & Supercaps:双功能隔膜同时抑制锂硫电池的穿梭效应和锂枝晶

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锂硫电池具有高的理论容量(Li: 3860 mAh g-1; S: 1675 mAh g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1),被认为是极具发展前景的下一代电池体系,逐渐成为高比能储能器件领域的前沿与研究热点。然而,硫正极的反应中间产物多硫化锂的穿梭效应和负极锂枝晶使得锂硫电池的循环性能难以满足实用化需求。近日,中国科学院金属研究所李峰研究员、孙振华研究员等针对锂硫电池存在的问题,在Batteries & Supercaps上发表了题为“A Janus separator for inhibiting shuttle effect and lithium dendrite in lithium-sulfur batteries”的研究论文。作者通过静电纺丝和H2刻蚀法制备了具有氧空位的La2Zr2O7-x纳米管(OV-LZO)作为双功能隔膜涂层材料,同时解决了锂硫电池中多硫化锂穿梭效应和负极锂枝晶的难题,显著提高了锂硫电池的电化学性能。

研究表明,OV-LZO纳米管中的氧空位可增加邻近La位点的局域电子从而诱导对多硫化锂的捕获,并促进La和S之间的电荷转移,使OV-LZO纳米管在正极/隔膜界面形成了高效的多硫化锂吸附/催化网络。氧空位吸附电解液中的锂盐阴离子,增加了锂离子迁移数(tLi+),使OV-LZO纳米管在负极/隔膜界面形成了锂离子快速输运网络,实现稳定的锂电镀/沉积。因此,组装有Janus隔膜的锂硫电池在高硫载量(9.1 mg cm-2)、贫电解液(E/S = 4.5 mL g-1)和低负极/正极比(N/P=2)的条件下,0.2 C循环50次仍可发挥8.33 mAh cm-2的高面容量。与商用隔膜相比,电池的重量能量密度大大增加。这项工作提出并验证了合理设计Janus隔膜涂层材料实现高性能锂硫电池的解决思路和可行性,且该策略可以与其他电池组件的优化相结合,具有一定的实用化前景。

论文信息:

A Janus Separator for Inhibiting Shuttle Effect and Lithium Dendrite in Lithium−Sulfur Batteries

Ru Xiao, Shan Yang, Dr. Tong Yu, Tianzhao Hu, Xiaoyin Zhang, Ruogu Xu, Yaozu Wang, Prof. Xiaodong Guo, Prof. Dr. Zhenhua Sun, Prof. Feng Li


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202100389


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