以商用钛酸锂和Super P为锂硫电池隔膜改性材料，制备锂硫电池用双涂层改性隔膜以提升锂硫电池电化学性能

第一作者：夏爽

通讯作者：刘丽丽*，吴宇平*

单位：南京工业大学，东南大学

锂硫（Li-S）电池因其高理论比容量以及 S正极本身有着廉价、环保、易得的优点受到广泛关注。然而，锂硫电池中的“穿梭效应”使其电化学性能差，限制了其进一步应用。研究发现简单的隔膜改性能够极大提升锂硫电池的电化学性能，然而锂硫电池隔膜改性用材料的设计存在制备复杂、工艺繁琐、耗费时间长等缺点，且装有改性隔膜的锂硫电池在大电流密度和高硫负载下电化学性能不尽如人意，不利于高性能锂硫电池的商业化。本篇以商用LTO和Super P为隔膜改性材料，用简单的涂布法制备了双涂层的改性隔膜(SPLTOPD)用于锂硫电池，装有该隔膜的锂硫电池在大电流密度和高硫负载下表现出优异的电化学性能。本文为未来的研究提供了方向，有助于促进高性能锂硫电池用改性隔膜的商业化进程。

近日，来自南京工业大学的刘丽丽副教授与南京工业大学/东南大学的吴宇平教授合作，在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“A Separator with Double Coatings of Li₄Ti₅O₁₂ and Conductive Carbon for Li-S Battery of Good Electrochemical Performance”的实验文章。该文章用简单的涂布法制备了双涂层改性隔膜，在锂硫电池中该隔膜能够有效阻挡多硫化物、促进多硫化物催化转换为S2-、防止绝缘硫化物在正极表面聚集。同时该隔膜还能促进锂离子的传输使其均匀沉积。装有该隔膜的锂硫电池表现出了良好的电化学性能。

首次在锂硫电池用隔膜上构筑一层商用LTO改性层。商用LTO在室温下的离子电导率高（2.53 mS cm^-1）（此前部分工作见Advanced Energy Materials, 2022, 12: 2103112和2201991两文），其具有良好的稳定性，能够承受10 C的倍率，能够提升锂离子迁移能力。在隔膜上面构筑一层LTO改性层能够促进锂离子均匀沉积，物理阻隔多硫化物的穿梭。

虽然在隔膜上面构筑一层LTO改性层能够提升锂硫电池的电化学性能，但是该隔膜的电荷转移阻抗依然较大，这不利于对活性硫物质的充分利用。鉴于此前的研究，作者在LTO改性层上进一步构筑了Super P改性层。Super P因其良好的导电性有助于降低电荷转移阻抗，增加S/S²⁻偶动力学。Super P改性层能够对多硫化物起到进一步物理阻隔的作用。

制备的双涂层改性隔膜能够有效抑制“穿梭效应”，提升活性物质的利用率以及促进锂离子的均匀沉积，保护锂金属负极。装有该隔膜的电池在大电流密度和高硫负载下表现出优异的循环性能。

当前对锂硫电池隔膜改性的了解和研究仍然有限，这也是未来研究的一个潜在方向。对锂硫电池隔膜进行简单的改性能够极大提升锂硫电池的电化学性能，然而只是对隔膜进行改性，制备的锂硫电池在大电流密度和高硫负载下很难有出色的循环性能，这限制了高性能锂硫电池用隔膜的商业化。本文制备的改性隔膜制备方法简单、材料来源广泛、制备周期短，可以实现具有高安全性高能量密度的锂硫电池，且装有该隔膜的电池在大电流密度和高硫负载下的循环性能出色，这无疑对未来高性能锂硫电池用改性隔膜的制备和商业化提供了思路，对未来的研究有指导作用，能够加速高性能锂硫电池用改性隔膜在商业市场中的应用。

A Separator with Double Coatings of Li₄Ti₅O₁₂ and Conductive Carbon for Li-S Battery of Good Electrochemical Performance

刘丽丽 副教授 简介：Lili Liu obtained her Ph.D. degrees in physical chemistry from Fudan University in 2015 and in engineering from University of Wollongong in 2017. From 2017 to 2019, she was supported by the Alexander von Humboldt Foundation for postdoc research in the tomography investigation of Li-O₂ batteries in the University of Freiburg, Germany. Currently she is an associate professor in Nanjing Tech University. Her research interest mainly focuses on Li-O₂ batteries, and interface study on battery-related fields.

吴宇平 教授 简介：Dr. Yuping Wu, chair professor of Southeast University, FRSC, Corresponding Member of Saxon Academy of Sciences and Humanities, Germany, and editor-in-chief of Energy Materials (https://energymaterj.com). He obtained his Ph.D. degrees in from Institute of Chemistry, CAS in 1997. In 2013 he became a full professor at Fudan University. In 2015 he moved to Nanjing Tech University, and 2021 to Southeast University. His researches focus on new energy materials and devices. As early as in 20215, he was selected as “one of most influential minds” over the world by Thomson Reuters.

热烈欢迎有志的硕士生、博士生、博士后和青年学者的加盟（https://power.seu.edu.cn/wyp/list.htm）

投稿请联系contact@scimaterials.cn