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姚亞剛EnSM: 用于高安全性鋰硫電池的抑制枝晶生長和多硫化物穿梭的熱管理和阻燃支架

鋰硫（Li-S）電池的安全問題引起了極大的關注。除了使用固態(tài)電解質代替有機電解液來提高閃點外，另一個有效的解決方案是調節(jié)電池內部的熱量。在這種情況下，提高安全性能的有效方法是產生具有高效導熱通道的均勻熱場。

在此，南京大學姚亞剛教授等人報道了一種由功能性氮化硼納米片 (f-BNNSs) 構成不可燃的3D多孔框架，支撐在連續(xù)功能性碳納米管 (f-CNTs) 支架上作為 Li-S電池的雙功能主體。

獨特的高導熱3D多孔結構提供均勻的熱場，即使在高溫下連續(xù)運行電池時，也能提供光滑和超快的熱傳導通道，從而確保及時有效的傳熱，避免因積熱而導致的熱失控以及局部溫度過高。不可燃的f-BNNS作為物理阻燃屏障，防止燃燒的發(fā)生和蔓延。

圖1. 分層3D主體材料的制造和應用

此外，低局部電流密度的均勻電場抑制了鋰枝晶的生長，避免了由于形成不均勻的熱場而導致局部溫度過高。豐富的極性官能團有效抑制多硫化物穿梭，減少電極嚴重極化產生的額外熱量積累。

由此組裝的Li-S全電池即使在60°C的高溫下也能循環(huán)300次以上而不會發(fā)生熱失控，同時在2 C時保持677.1 mAh g^-1的高比容量。這項工作通過結合熱場調節(jié)和阻燃的“預防和后處理”方法實現(xiàn)高安全性電池的“二合一”策略，從而促進了鋰硫電池的商業(yè)發(fā)展。

圖2. S@f-BNNSs/f-CNTs正極的電化學和安全性能

Thermo-Managing and Flame-Retardant Scaffolds Suppressing Dendritic Growth and Polysulfide Shuttling toward High-Safety Lithium–Sulfur Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.031

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