阻燃耐熱隔膜捕獲多硫化物用于鋰硫電池

DOI:10.1016/j.jallcom.2020.154197

多硫化物的穿梭效應和嚴重的安全問題制約了鋰硫電池的實際應用。在此，研究者報告了一種聚酰亞胺基Janus隔膜，通過簡單的過濾方法引入MoO3納米粒子和MWCNTs-COOH。使用該隔膜，鋰硫電池在0.2 C時提供1274 mA h g-1的可逆容量，在5 C時提供637 mA h g-1的可逆容量。此外，該隔膜具有阻燃性和熱穩定性，即使在300℃時也沒有明顯的收縮。實驗結果表明，均勻分散的MoO3納米顆粒和MWCNTs-COOH作為孔結構調節劑，可以明顯減小電紡聚酰亞胺（PI）骨架的孔徑和孔隙率。MWCNTs-COOH、MoO3和聚酰亞胺纖維之間的協同作用使多硫化物具有更快的動力學和更有效的轉化。

圖1.（a）PI原始納米纖維和（b）MC/PI表面的SEM圖像，（c）鉬和氧的相應EDS元素圖譜，（d）MoO3/MWCNTs-COOH層和PI纖維層之間的界面以及（e）MC/PI膜的橫截面的SEM圖像。

圖2.（a）PP和MC/PI的接觸角，以及（b）在不同溫度下熱暴露1 h后PP、PI、CNT/PI和MC/PI隔膜的照片（從左到右）。

圖3.PP、PI、CNT/PI和MC/PI隔膜的阻燃性能照片。

圖4.（a）不同隔膜的速率性能；（b）PP、PI、CNT/PI和MC/PI細胞的恒電流變化/放電特性；具有（c）MC/PI隔膜和（d）PP隔膜的鋰硫電池的循環伏安掃描。

圖5.PP、PI、CNT/PI和MC/PI電池的循環性能。

圖6.循環之前（a）和循環之后（b）的不同電池的電化學阻抗譜（EIS）曲線；（c）MC/PI電池在不同掃描速率下的CV曲線；（d）在MoO3和MWCNTs-COOH粉末中浸泡之前和之后，Li2S6溶液的顏色變化的數字圖像。（要解釋此圖例中對顏色的引用，請參閱本文的Web版本。）

圖7.300次循環后，PP、PI、CNT/PI和MC/PI隔膜的SEM圖像。

圖8.在中斷期間，帶有PP、PI、CNT/PI和MC/PI隔膜電池的循環性能。