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[原创]Adv. Energy Mater：抑制多硫化物溶解的阻燃耐热型锂硫电池隔膜（2018-09-30 14:25:26）

标签：能源环境 静电纺丝  

随着电动汽车锂离子电池（LiBs）需求的快速增长，人们逐渐广泛关注其高比能量密度、低成本和可充电性能。人们普遍认为LiBs的安全性与高度易燃的隔膜和液体有机电解质密切相关，例如，聚丙烯（PP），碳酸亚乙酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）。目前，对克服易燃物的问题已有大量的研究进展，虽然可有效降低可燃性，但电池火灾风险仍然存在，特别是对于金属过量的锂金属电池。另外，这些电池是主要是传统的LiBs（LiFePO4，LiCoO2，LiMn2O4等），仍然不能满足新一代电池的高能量密度的要求。锂-硫（Li-S）电池比容量高为1675 mA h g-1，有望用于下一代储能。但是，多硫化锂(LiPSs)易溶于电解液，穿梭于正负极之间，从而导致硫化物易于沉积在锂电极上，加快电池的容量衰减和降低电池的库伦效率，阻碍了商业化Li-S电池的应用。因此，实际应用Li-S电池具有多硫化物（PS）溶解以及易燃硫和聚合物隔膜引起的严重安全问题。

近日，黑龙江大学李强教授和电子科技大学何卫东、熊杰教授团队在国际著名期刊Advanced Energy Materials上发表了题目为“A Nonflammable and Thermotolerant SeparatorSuppresses Polysulfide Dissolution for Safe and Long-CycleLithium-Sulfur Batteries”的文章。在这项工作中，研究者通过电纺聚丙烯腈（PAN）和多磷酸铵（APP）制备了一种有效抑制PS溶解和耐高温性能的阻燃多功能锂离子电池隔膜(PAN@APP)，用于稳定安全锂-硫电池。由于APP中含有丰富的胺基和磷酸根，PAN@APP隔膜与PS有很强的结合作用，其中发挥强烈的电荷排斥力以抑制带负电的PS离子和自由基传导。此外，耐火APP在高温下确保电池的稳定性。使用PAN@APP隔膜，Li-S电池在800次循环中的容量保持率为83％。因此，这种智能聚合物隔在稳定安全电池方面表现出潜在的应用前景。

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方案1.用于Li-S电池的具有热触发阻燃性能的多功能电纺隔膜的示意图。 a）在工作中，PAN@APP作为有效的多硫化物限制剂。 b，c）热触发后，APP会熔化并覆盖电池表面隔绝空气和热量。

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图1. a）PAN（顶部）和APP（底部）的化学结构。 b）APP上Li2Sx的示意图，以及APP和Li-S复合材料的结合能(Li2S8，Li2S6，Li2S4，Li2S3，Li2S2和Li2S)。 c）PAN@APP选定区域中的C，N和P的元素分布图。 d，e）PAN@APP膜SEM和横截面的图像。 插图显示了PAN@APP隔膜的数码照片。 f-h）PP，PAN和PAN@APP隔膜使用双L的渗透装置的渗透实验。

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图2. a）PP，PAN和PAN@APP隔膜的阻燃性能。 b）不同隔膜的燃烧时间长度。 c-e）燃烧前后S-PP，S-PAN和S-PAN@APP的宽扫XPS光谱。

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图3. a）PP，PAN和PAN@APP隔膜的平均热分析图。 b）PP，PAN和PAN@APP隔膜在不同的温度下Li-S电池循环性能。 c）不同电池在120°C下的自放电行为。 d）75°C时不同电池的长循环容量。

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图4. a）在0.1 mV s-1下PAN@APP隔膜的CV曲线。 b）在0.2-2 C之间用PAN@APP隔膜的电池充电/放电曲线。c）PAN@APP倍率性能。 d）在1C下以PP，PAN和PAN@APP为隔膜的电池的循环性能和库伦效率。 e）8000次循环的长期循环稳定性。 f）具有的PAN@APP隔膜的充电/放电曲线。 g）高硫负载量（6mgS cm-2）条件下，PAN@APP隔膜在0.51（0.05 C）至2.01 mA cm-2（0.2 C）的电流密度下的循环稳定性。

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文章来源：易丝帮