锂硫电池运行过程中的“穿梭效应”和锂枝晶不受控制的生长严重影响了锂硫电池的实际应用，此外锂硫电池在高电流密度和高硫负载下的性能是弥合实验室研究与实际应用之间差距的关键。
2024年12月29日，南京工业大学刘丽丽团队在Advanced Materials期刊发表题为“A Separator with Double Layers Individually Modified by LiAlO2 Solid Electrolyte and Conductive Carbon for High-performance Lithium–Sulfur Batteries”的研究论文，团队成员Song Jie、Xia Shuang为论文共同第一作者，刘丽丽为论文通讯作者。
为了解决上述问题，促进Li-S电池的实际应用，该研究用固体电解质（纳米棒LiAlO2，LAO）和导电碳（Super P）对商用隔膜进行改性，得到双涂层隔膜（SPLAOMS）。
SPLAOMS可以物理阻隔多硫化物，加速反应动力学。此外，它增强了均匀的锂沉积，提高了离子电导率，并增加了活性硫物质的利用率。
所制备的锂电池在恶劣条件下（高硫负荷和高电流密度）表现出优异的循环稳定性，初始容量为733 mAh g-1，在500次循环寿命中，在5 C条件下每循环容量衰减0.03%。在超高硫负荷（8.2 mg cm−2）下，所制备的电池在循环过程中保持了优异的800 mAh g−1容量，显示出巨大的商业应用潜力。
该研究为高性能锂硫电池的商业化提供了重要参考。
图1. 扫描电镜照片。a) LAOMS和b) SPLAOMS的截面图，以及c、d) 改性材料的相应表面。
图2. 吸附，离子电导率和CV测试。a) 多硫化物吸附能力测试。b) 不同改性材料吸附Li2S6溶液的紫外可见吸收光谱。c) 采用改良隔膜的SS//SS电池的阿伦尼乌斯图。d) Li2S6对称电池的CV曲线。
图3. 电化学性能测试。a) 倍率性能测试和b) SPLAOMS电池的充放电曲线；c) LOAMS和d) SPLAOMS电池循环前后的EIS测试（插图：等效电路）。
图4. Li-S电池循环性能测试。a) 在1 C下，b) 在硫负荷为4.0 mg cm−2 (0.1 C)下，使用SPLAOMS，以及C) 在5 C下使用SPLAOMS。
图5. Li/SPLAOMS/Li电池在0.5 mA cm−2下的电压分布图。
示意图1. 带基座（DKJ-14）和SPLAOMS隔膜的运行锂电池示意图。
总之，该研究设计了一种由LAO纳米棒和Super P改性层组成的隔膜。LAO的存在促进了离子的迁移，而Super P的存在增强了S/S2−偶联的动力学，降低了电池的电荷转移阻力。SPLAOMS规范了锂的沉积，提高了离子电导率。因此，使用SPLAOMS的电池在700次循环中显示出每周期（1 C）0.066%的衰减率。即使在5 C的高电流密度下，电池的初始比容量也高达733 mAh g−1，电池的保持率很低，仅为0.03%（500次循环）。在4.0 mg cm-2的高硫负荷条件下，比容量可以达到1150 mAh g−1，并在400次循环（0.1 C）中保持稳定在≈600 mAh g-1。即使在超高负载条件（8.2 mg cm−2），电池在0.1 C可提供800 mAh g−1的高比容量。此外，在1 C下循环100次后，使用SPLAOMS的电池中的锂阳极未被腐蚀且无树晶，而S阴极仍然多孔且疏松。这些突出的结果表明，高性能功能隔膜具有巨大的商业化潜力。这一突破性成果显著扩大了改性材料的选择范围，标志着锂硫电池隔膜改性技术领域的重大突破。为高性能隔膜的商业化进程提供了极有价值的参考。
A Separator with Double Layers Individually Modified by LiAlO2 Solid Electrolyte and Conductive Carbon for High-performance Lithium–Sulfur Batteries
Adv. Mater. 2024, 2418295
https://doi.org/10.1002/adma.202418295
文章来源：电解质前沿
《钠离子电池技术发展与产业前景研究报告》
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