化学学院兰亚乾教授团队在锂硫电池隔膜研究方面取得重要进展

近日，华南师范大学化学学院兰亚乾教授研究团队在锂硫电池隔膜研究方面取得重要进展。通过一种光诱导热辅助加工法制备得到具有梯级孔道的高性能MOF基Li-S隔膜材料，基于这类隔膜材料组装得到的Li-S电池具有高锂离子传导、多硫化物阻隔和低的电池极化等特性，表现出优异的电池性能。相关成果以通讯作者在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Stepped Channels Integrated Lithium–Sulfur Separator via Photoinduced Multidimensional Fabrication of Metal–Organic Frameworks”的研究论文 [Angewandte Chemie International Edition, 2021, 133(18), 10235-10242.]。华南师范大学是该论文的第一完成单位。

近年来Li-S电池由于其具有高理论比容量（1675 mAh g-1）和高理论能量密度（2600 Wh kg-1）的优点受到了广泛关注，并且因其超低的成本和丰富的硫储量已被认可为是新一代电池技术的候选者之一。但是Li-S电池仍然存在着一些技术难点，比如S正极在充放电时形成的多硫化物（Li2Sn; n = 2-8）会导致严重的穿梭效应、Li+或者电解质传递引起的电池极化和锂枝晶等。这些技术难点会导致Li-S电池性能低、循环稳定性差以及引起各种电池安全的问题。这些难点中的大多数与隔膜的作用密切相关，研究新型高性能的隔膜材料对于Li-S电池的开发应用具有重要的价值和意义。

该研究提出了提出了一种光诱导热辅助加工法（PHAP），可以将MOF进行多维度加工制备成得到各种高分子复合器件（比如纤维、中空管、双面中空管和双层/三层膜等）。这一方法能够同时结合高分子聚合物和MOF材料的优点，使得制备得到的多样化的器件材料具有出色的强度、柔韧性、相容性和自修复性能等。这其中通过多维度加工可以制备得到具有梯级孔道的高性能MOF基Li-S隔膜材料，基于这类隔膜材料组装得到的Li-S电池具有高锂离子传导、多硫化物阻隔和低的电池极化等特性，表现出优异的电池性能。