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導讀：韓國延世大學Rajkumar Patel 團隊發(fā)表的綜述論文，詳細總結(jié)了設(shè)計和制造改性聚烯烴膜的最新進展，以及抑制多硫化物鉆穿效應(yīng)的效果。同時文章還討論了包括倍率性能、放電容量、硫利用率、電解質(zhì)潤濕性、離子傳遞速率、耐高溫的形變性能和結(jié)構(gòu)完整性等其他優(yōu)點。
 

圖1 LSBs的示意圖、典型充放電曲線及商用隔膜的常見改性方法。

鋰硫電池(LSBs)比鋰離子電池(LIBs)具有更高的理論容量、更低的成本，也更加環(huán)境友好，是最有前途的下一代電池之一。然而，LSBs中多硫化物的“穿梭效應(yīng)”會導致電池性能衰減，嚴重阻礙了LSBs的研發(fā)進程和實際應(yīng)用。

隔膜改性是調(diào)節(jié)多硫化物富集的重要手段，對此人們已經(jīng)進行大量研究，并取得了可觀的進展和成就。

圖2 改性商業(yè)隔膜的主要LiPS排斥機制，包括離子篩分(左上)、催化轉(zhuǎn)化(右上)、靜電排斥(左下)和化學吸附(右下)。

基于此，人們對商業(yè)膜進行了各種物理和化學改性，通過增強離子篩分、催化轉(zhuǎn)化、靜電斥力和表面化學吸附等手段制備了功能改性新型隔膜（圖2）。

圖3 多孔結(jié)構(gòu)中PS的物理約束機制示意圖；隔膜的SEM及聚丙烯隔膜進行多硫化物擴散試驗的照片。

圖4 RMP的合成過程、多硫化物捕集機理、倍率性能、鋰離子過渡態(tài)計算、不同隔膜的原位紅外熱成像。

圖5 不同隔膜的CV曲線及恒壓放電曲線、PP /石墨烯/ SrF₂示意圖、多硫化物在Mo₂N(111)表面吸附能的比較、電子傳遞路徑示意圖。

圖6 原位拉曼示意圖及結(jié)果，使用不同隔膜循環(huán)后的鋰負極SEM圖及對應(yīng)原理示意圖。

圖7 N和Co改性科琴黑對LiPS吸附的作用機制、P摻雜分層多孔碳、從蛋白和糖中合成多孔碳示意涂。

圖8 不同包覆改性手段下的PP隔膜SEM圖。

圖9 Ce基UiO-66、CSUST-1和Ce(HCO₂)₃的合成與轉(zhuǎn)化示意圖、倍率性能、阻抗及時間-電流曲線、晶體和非晶態(tài)MIL-88示意圖。

圖10 不同隔膜的離子電導率和離子擴散系數(shù)、帶有優(yōu)化設(shè)計的電子傳遞系統(tǒng)的TAPP - ETTP COF結(jié)構(gòu)示意圖、DFT計算的CB-COF分子與各種硫的吸附能。

圖11 使用V2O5改性隔膜的LSBs的原位XRD圖及等高線圖、CoFe₂O₄改性MWCNTs示意圖。

圖13 幾種過渡金屬碳化物結(jié)合能、理論計算結(jié)果、Li₂S沉積后Ti₂C和 Co/Ti₂C正極的SEM圖及硫分布圖、自放電對比及CV曲線。

圖14 熔融鹽法合成示意圖、結(jié)合能及擴散能壘計算、Li₂S₄在Co₂B上與B、Co位點的結(jié)合能，以及Li₂S₄在Co₃O₄上的結(jié)合能。

LSBs是最有前途的下一代電池之一，可能會取代LIB在便攜式技術(shù)、電動汽車和其他儲能應(yīng)用中的主導地位。

LSBs擁有比LIBs高5倍的理論容量，并且使用比LIB更實惠、更環(huán)保、更安全、更豐富的材料。

然而，目前的LSBs材料和設(shè)計由于低導電性、枝晶形成和多硫化物效應(yīng)還不具備商業(yè)可行性。

近年來LSBs的研究進展主要是通過修飾聚合物隔膜減少LBS中的多硫化物的穿梭，這在大多數(shù)LIBs中都得到了應(yīng)用。隨著人們對新儲能技術(shù)的需求呈指數(shù)級增長，LSBs的應(yīng)用具有極其光明的未來。