西南大学徐茂文EEM：一文尽览锂硫电池改性隔膜研究进展！

锂硫（Li-S）电池具有理论比容量高（1675 mAh g-1）、硫资源丰富、生产成本低、环境友好等优点，是最具发展前景的下一代可充储能器件之一。但多硫化物的“穿梭效应”会导致金属锂负极钝化，电池容量和库伦效率下降，循环稳定性变差。要实现Li-S电池的商业化，需要抑制其严重的“穿梭效应”。商业隔膜由于孔径大，无法有效抑制这种影响。因此，对隔膜表面进行改性并引入功能改性层是一种有效的策略。除了阻断策略外，多硫化物转化反应的催化作用也是阻碍多硫化物迁移的重要因素。

西南大学徐茂文等综述了Li-S电池中隔膜改性、功能化和催化的原理，并对未来隔膜功能化和多硫化物催化的研究趋势进行了展望。

图1. 硫化物和碳涂层改性隔膜

隔膜改性和功能化一般采用刮涂、真空抽滤、原位生成或自组装等方法。其作用原理可分为：

（1）静电屏蔽/吸附、离子屏蔽等物理手段；

（2）金属原子与硫原子键合；

（3）特定基团有机化合物与多硫化物键合；

（4）具有上述特性的新材料。

通过对近年来的研究成果进行整理和总结，作者认为功能性隔膜领域的研究主要分为以下几个方面：对隔膜导电层进行改性，提高电化学反应活性，提高活性物质的利用率；引入吸附材料以固定游离多硫化物；引入带负电荷的基团，通过静电斥力抑制多硫化物穿透隔膜；引入催化功能，加速多硫离子转化的动力学过程；优化隔膜负极的接触界面，提高锂负极的界面稳定性。这些研究策略可以缓解多硫离子的穿梭，提高活性物质的利用效率，延长循环寿命、循环稳定性和安全性。

图2. BTO和MOF改性隔膜

开发实用的先进改性隔膜需要从电化学、高分子科学、催化化学、自动化科学、机械工程、物理化学、纳米材料等方面进行研究。近年来，随着多种先进材料的引入和机理研究的深入，高性能改性隔膜在Li-S电池中的应用呈现出巨大的发展前景。相信随着隔膜研究的深入，将推动高性能Li-S电池的早期商业化应用。这一多功能隔膜的概念在其他多电子转换电化学储能系统中也具有重要的借鉴意义。

图3. 催化多硫化物增强氧化还原反应的示意

Effects of catalysis and separator functionalization on high energy lithium sulfur batteries: A complete review. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12420

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