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黃鋒林Small：無粘結(jié)劑Janus隔膜同時(shí)增強(qiáng)鋰金屬負(fù)極和硫正極！

探索一種可擴(kuò)展的策略來制備多功能隔膜，對于克服鋰硫電池（LSBs）中鋰多硫化物（LiPSs）和鋰枝晶生長的挑戰(zhàn)具有重要意義。

江南大學(xué)黃鋒林等通過界面工程構(gòu)建了一個(gè)無粘結(jié)劑的Janus隔膜, 用于同時(shí)增強(qiáng)鋰金屬負(fù)極和硫正極。

圖1. CTP-PAN-LLZTO隔膜的可擴(kuò)展生產(chǎn)及其功能示意圖

具體而言，在正極界面，通過原位界面聚合，在聚丙烯腈（PAN）電紡膜上修飾了一層含有可定制微孔和吸附位點(diǎn)的超薄共價(jià)三嗪哌嗪膜，為LiPSs建立了三重屏障?？臻g位阻和化學(xué)吸附的結(jié)合使LiPSs的遷移減少了81.85%。

同時(shí)，在負(fù)極界面，通過磁控濺射在PAN納米纖維表面形成了快速離子導(dǎo)體Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO），以抑制枝晶生長。盡管在陶瓷層和纖維隔膜之間沒有粘結(jié)劑，但濺射創(chuàng)造了一個(gè)相互嵌入的結(jié)構(gòu)，克服了循環(huán)中的粉末剝離。此外，基于PAN的隔膜顯示出180℃的高溫耐受性。

圖2. 具有不同隔膜的電池的電化學(xué)性能

總體而言，CTP-PAN-LLZTO隔膜在電解液親和力、熱穩(wěn)定性、界面兼容性和離子傳導(dǎo)性方面均優(yōu)于商業(yè)PP隔膜。因此，采用CTP-PAN-LLZTO隔膜的LSB電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在0.5C時(shí)提供了1287.9 mAh g^-1的初始放電比容量，并在500次循環(huán)后保持905.5 mAh g^-1，是商用PP隔膜的3.1倍。在5C時(shí)547.3 mAh g^-1的良好倍率性能也表明其具有快速充電和放電的能力。因此，這項(xiàng)工作提出了一種新的技術(shù)，用于制造無粘結(jié)劑的有效隔膜，為LSBs的長期循環(huán)穩(wěn)定性鋪平道路。

圖3. 對LiPSs穿梭效應(yīng)的抑制研究

Interfacial Engineering of Binder-Free Janus Separator with Ultra-Thin Multifunctional Layer for Simultaneous Enhancement of Both Metallic Li Anode and Sulfur Cathode. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202202651

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