福建物構(gòu)所制備鋰硫電池隔膜新材料

鋰離子電池被廣泛應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域。隨著社會(huì)發(fā)展，傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)能源存儲(chǔ)的需求。鋰硫電池（Li-S）由于高的理論比容量和能量密度，以及硫的低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲(chǔ)體系之一。然而，Li-S電池的商業(yè)化應(yīng)用仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如固體硫化物的絕緣性，可溶性長(zhǎng)鏈多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫的體積變化大等。這些問(wèn)題通常導(dǎo)致硫的利用率低，循環(huán)壽命差，甚至一系列安全問(wèn)題。如何大幅提高Li-S電池的實(shí)際能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

隔膜也是電池的重要組成之一，其作用是導(dǎo)通離子傳輸并防止電池短路。商業(yè)化PP 隔膜，由于其孔徑較大，多硫化物能夠較容易地通過(guò)，因而不能有效地抑制多硫化物的擴(kuò)散和穿梭。

在國(guó)家自然科學(xué)基金（21471151, 21673241)）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB20030200）的資助下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王瑞虎課題組利用金屬納米粒的催化效應(yīng)，以離子聚合物包覆氧化石墨烯為前驅(qū)體，通過(guò)離子交換和高溫焙燒技術(shù)制備得到了鈷、氮均勻摻雜的多孔碳納米片復(fù)合材料。該復(fù)合材料修飾的隔膜不僅可以通過(guò)物理/化學(xué)作用有效阻擋多硫化物穿梭通過(guò)隔膜，而且可以起到電催化劑作用，進(jìn)一步促進(jìn)被攔截的多硫化物進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。使用催化效應(yīng)助力的修飾隔膜，高載硫（10.5 mg cm-2）自支撐電極在0.1 C的條件下表現(xiàn)出高的放電面容量（12.5 mA h cm-2）和體積比容量（1136 mA h cm-3）。該電化學(xué)性能優(yōu)于目前報(bào)道的大多數(shù)碳基正極材料，實(shí)現(xiàn)了鋰硫電池硫負(fù)載量、體積容量和面容量的同步提升，這對(duì)高能量密度鋰硫電池的設(shè)計(jì)構(gòu)筑具有重要意義。

上述研究成果近期發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》上（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1901609），論文第一作者為程志斌。