复旦王永刚/李伟AM：通过富含磺酸酯的COF改性隔膜实现高性能锂硫电池

2023年10月15日上午11:20 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 92

锂硫(Li-S)电池在下一代高能量密度设备方面具有广阔的前景；然而，多硫化物穿梭和锂枝晶生长严重阻碍了它们的商业生产。

复旦大学王永刚、李伟等人设计、合成了一种富含磺酸酯的共价有机骨架（SCOF-2）并用于改性锂硫电池的隔膜，以解决上述挑战。

图1 机理分析

研究发现，与浓缩磺酸基团相连的SCOF-2可以作为离子筛，用于排斥多硫化物阴离子，吸附分子LiPS，同时促进Li⁺迁移。与无/单磺酸酯COF相比，SCOF-2具有更强的电负性和更大的层间距，这可以促进Li⁺迁移并减少锂枝晶的形成。

密度泛函理论(DFT)计算和原位拉曼分析表明，SCOF-2具有窄带隙和与硫物质的强相互作用，从而抑制自放电行为。

图2 材料结构及形貌表征

结果，改进后的电池在1 C下800次循环中提供了每循环0.047%的超低衰减率，以及优异的抗自放电行为，搁置1周后容量衰减6.0%。

此外，即使使用高硫负载正极（3.2–8.2 mg cm^-2）和贫电解液（5 µL mg^-1），电池在100次循环后仍表现出约80%的容量保持率，显示出巨大的实际应用潜力。

图3 自放电性能及高硫负载性能

Towards High Performance Li–S Batteries via Sulfonate-Rich COF-Modified Separator. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105178

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