高性能锂硫电池中隔膜电解质界面问题的最新研究进展

　　天津工业大学康卫民&邓南平Chem. Asian J.：高性能锂硫电池中隔膜/电解质界面问题的最新研究进展
　　DOI: 10.1002/asia.202100765
　　锂硫（Li-S）电池具有理论容量大、成本低、无毒等优点，是最有前途的储能电池系统之一。然而，硫元素的导电性差和锂多硫化物的＂穿梭效应＂阻碍了锂硫电池的商业化。这些问题与正极、隔膜/电解质和负极之间的界面问题密切相关。该综述侧重介绍了锂硫电池中基于纳米材料的先进隔膜/电解质的界面问题。在液体电解质体系中，电解质/隔膜和电极体系可以通过纳米材料涂层来修饰隔膜和静电纺丝纳米纤维隔膜。并且，负极和电解质/隔膜的界面可以通过纳米表面涂层、纳米复合金属锂和锂纳米合金进行修饰，而正极和电解质/隔膜之间的界面则由纳米金属硫化物、纳米碳基等纳米材料设计。在所有固态电解质体系中，通过纳米材料来提高固态电解质的离子电导率并降低正极/聚合物电解质和锂/电解质界面的电阻是本研究的重点。讨论了这些界面问题的基本机理和相应的电化学性能。基于最关键的界面因素，作者对未来高性能液态或固态锂硫电池中的纳米材料提出了一些自己的见解。
　　图1.固液锂硫电池的界面问题。
　　图2.a.锂硫电池中用于阻止锂多硫化物迁移到锂正极的Ni-MOF/MWCNT涂层PE隔膜的示意图。b.具有不同隔膜的Li-S电池示意图：常规隔膜（左）和NbN/NG修饰隔膜（右）。c.Li-S的常规配置示意图，带有商用PP隔膜以及位于隔膜和硫正极之间的NbN/G夹层。d.Oli/OAPS-PMIA隔膜对锂硫电池中锂多硫化物抑制和锂离子迁移的影响示意图。e.常规锂硫电池系统和集成柔性锂硫电池系统的工作原理示意图。
　　图3.a.通过Sn涂层改善锂金属负极电化学性能的机理。b.是否经MPC优化的Li-S电池示意图。c.通过简便的MLD工艺直接将铝涂覆在锂金属上，从而在锂箔上形成高度交联的铝。d.锂硫电池中锂负极修饰的模型示意图以及锂负极修饰示意图。e.在锂剥离/电镀过程中，锂和锂镁合金负极的本体和表面结构示意图。
　　图4.a.NHCS-SnS2/S杂化结构的合成过程示意图。b.G-V2O3合成过程示意图。c.图示说明了SG/S正极和VG/S正极在高浓度多硫化物放电、完全充电和放电状态下的Li-S反应场景。d.S@ISCF复合薄膜的制备过程示意图。e.CNT@TiO2-x-S的SEM图像。f.3D NHPCF/S复合电极的合成过程示意图。g.宽度约为200nm和高纵横比的梯形C@MoS2棒的SEM图像。h.在由液态多硫化物、黄铁矿FeS2电催化剂和高导电性NPCNs组成的三相界面上，放电期间由黄铁矿FeS2催化的多硫化物快速氧化还原转化反应的图示。
　　图5.a.TiO2-B纳米片和TiO2-B/S复合材料的合成示意图。b.SnS@C MS的SEM图像和EDS映射图像。c.Fe3-xC@C-500的HRTEM图像。d.具有MoN-C-MoN三层结构的分层MoN-C花形自组装工艺方案及其对MoN-C@S正极中S/Li2Sx的吸附-转化-传导效应。e.示意图说明P-NTC电催化剂在Li-S电池中发挥的作用。f.使用MTO-CNTs中间层的Li-S电池的电池配置示意图。g.通过TTCA缩聚合成g-C3N4及其与锂多硫化物相互作用的示意图。h.3D碳-MOF电极的合成过程示意图。i.HPTCF的SEM图像。
　　图6.a.示意图显示了液体电解质基Li-S电池中正极-电解质界面处的质量/电荷转移。b.具有P4S16/C和S/C正极的ASSLSBs中的离子传输示意图。c.基于LLZO纳米结构的全固态锂硫电池示意图。d.具有均匀电子通路的CNT@S和具有非均匀电子通路的CNT/S的示意图。e.PEO基电解质中PVDF和PEO涂层C/S正极的拟议机理示意图。f.PEO-LiTFSI SPE（溶剂浇铸）和Al2O3层（ALD）的连续沉积示意图。g.准固态锂硫电池示意图。
　　图7.a.CNTs@S复合材料和组装全固态锂硫电池的制备过程。b.P(VDF-HFP)与PSD和Li金属的相互作用机理示意图。c.当应用于锂金属和锂硫聚合物电池时，本研究开发的复合固体聚合物电解质中离子传输的合理机制示意图。d.杂化电池的结构示意图，其中以吸附Li2S6的PVDF-HFP/碳纸作为正极，LAGP作为固体电解质，锂金属作为负极，以及含有Li2S6-LiNO3的3m LiCF3SO3作为阳极电解液。e.全固态锂硫电池示意图。f.LPS-PEO-LiClO4杂化固体电解质的制备过程示意图和基于LPS-PEO-LiClO4杂化固体电解质的全固态Li-S电池结构。g.CPE基Li-S电池阻断多硫化物的相应机制示意图。h.固态SPAN电池（SPE：PEO+LiTFSI）示意图，SPAN的结构以及形态演化的机制示意图。
　　图8.开发高性能液态和固态锂硫电池的详细可能途径。
　　文章来源：北京永康乐业公司 http://www.biofabrication.cn/
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