Small Methods:基于阴离子框架MOFs的锂-硫电池隔膜

锂-硫电池具有极高的理论能量密度(2600 Wh kg-1)、成本低廉、环境友好,被认为是最具潜力的下一代储能体系。然而,在实际应用之前,锂-硫电池还面临着诸多问题亟需解决。硫正极方面:正极反应产生的中间产物多硫聚物会溶解在电解液中,并在充放电过程中于正、负极间迁移。这会造成严重的容量衰减以及电池自放电,并同时带来锂负极表面的副反应,进一步影响电池性能。锂负极方面:由于锂的不均匀沉积,循环过程中在锂负极表面会形成枝晶以及“死锂”。这个过程不仅消耗电解液还会造成隔膜刺穿,带来短路风险。近年来,针对硫正极和锂金属负极相关问题,科研工作者付出了诸多努力。电池隔膜在分隔正负极的同时还可以调控离子传输。新型隔膜材料有望通过调节锂离子以及多硫聚物离子来同时解决锂-硫电池正、负极中存在的问题。

据此,北京大学深圳研究生院的潘锋教授团队与香港理工大学的费宾副教授团队合作,利用阴离子框架MOFs制备了一种混合基质膜(Mixed Matrix Membrane)并用于锂硫电池隔膜。所采用的MOFs(UiO-66-SO3Li)具有合适尺寸的阴离子孔道,能有效地阻碍、排斥多硫聚物的穿梭;同时,这些规则排列的阴离子孔道能够引导锂离子在锂负极表面的均匀沉积。实验表明,这种基于MOFs的隔膜能很好的缓解锂-硫电池的枝晶以及多硫聚物穿梭问题,与商用隔膜相比,所组装的锂-硫电池循环稳定性和倍率性能显著提升。相关研究在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.202000082)。