由于多硫化鋰（LiPSs）的穿梭，鋰硫（Li-S）電池的實際應用受限于嚴重的自放電、快速的容量損失和嚴重的鋰負極侵蝕。在此，我們開發了一種由 Ti
2(SO
4)
3/碳復合層包覆的 Li
1.3Al
0.3Ti
1.7(PO
4)
3(CLATP) 和石墨烯組成的高效離子和電子導電中間層，以有效阻止多硫化物陰離子的擴散，但允許快速的鋰離子轉移，從而顯著抑制自放電并提高鋰硫電池的循環穩定性。Ti
2(SO
4)
3/碳薄保護層賦予了對LiPSs的優化吸附能力，并避免了LATP和LiPSs之間的副反應。石墨烯的高電子電導率和CLATP的高離子電導率確保了混合層間快速電子和快速鋰離子傳輸。因此，具有混合夾層的Li-S電池在500次循環后顯示出671 mAh g
-1 的高放電容量，在1 C下每次循環的容量衰減極低，僅為 0.022%。此外，電池沒有表現出自放電，即使休息了12天。這項工作為功能性隔膜的設計開辟了一條新途徑，可顯著提高 Li-S 電池的電化學性能。
圖1.(a)CLATP的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像和(b)元素圖。(c)TEM和(d)CLATP紅色虛線框中區域的高分辨率TEM圖像。(e) CLATP的SAED模式。(f) LATP和CLATP的XRD譜。(g) LATP 和CLATP的Ti 2p和(h)S 2p XPS光譜。
圖 2. (a) LATP 和 CLATP 的視覺吸附測試。(b) S 2p, (c) Ti 2p, 和 (d) 多硫化物吸附后 CLATP 的 O 1s XPS 光譜。(e) CLATP和LATP的多硫化物吸附機制示意圖。多硫化物吸附后LATP的 (f) S 2p、(g) Ti 2p 和 (h) O 1s XPS 光譜。
圖 3.(a) (a) PP、G/PP、GL/PP 和 GCL/PP 與液體電解質耦合的對稱電池的奈奎斯特圖，使用兩片不銹鋼作為阻擋電極；插圖是面板（a）高頻范圍的放大圖像。(b)在Li-Li對稱電池中，裸PP隔膜和用G、GL和GCL夾層改性的PP隔膜的 Li
+轉移。(c)使用PP隔膜和用G、GL和GCL夾層改性的PP隔膜在0.2 mVs
-1的掃描速率下的Li-S紐扣電池的CV曲線。 ( d-f ) Li-S紐扣電池的峰值電流(I
peak)和掃描速率(v
1/2)的平方根圖，使用裸 PP 分離器和 G-、GL- 和 GCL 修改 PP 隔板。
圖 4. (a)使用PP隔膜的Li-S紐扣電池在沒有和有G、GL和GCL的情況下的倍率性能。(b) 帶有 GCL 改性 PP 隔膜的 Li-S 紐扣電池的充放電電壓曲線。(c)使用裸PP隔膜的Li-S電池和1C下具有G、GL和GCL的Li-S電池的循環性能。(d)休息12天后Li-S電池的循環性能。
相關科研成果由清華大學Yan-Bing He和Ling Huang等人于2021年發表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c21398）上。原文：A Highly Efficient Ion and Electron Conductive Interlayer To Achieve Low Self-Discharge of Lithium–Sulfur Batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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