由于多硫化锂（LiPSs）的穿梭，锂硫（Li-S）电池的实际应用受限于严重的自放电、快速的容量损失和严重的锂负极侵蚀。在此，我们开发了一种由 Ti₂(SO₄)₃/碳复合层包覆的 Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(CLATP) 和石墨烯组成的高效离子和电子导电中间层，以有效阻止多硫化物阴离子的扩散，但允许快速的锂离子转移，从而显着抑制自放电并提高锂硫电池的循环稳定性。Ti₂(SO₄)₃/碳薄保护层赋予了对LiPSs的优化吸附能力，并避免了LATP和LiPSs之间的副反应。石墨烯的高电子电导率和CLATP的高离子电导率确保了混合层间快速电子和快速锂离子传输。因此，具有混合夹层的Li-S电池在500次循环后显示出671 mAh g^-1 的高放电容量，在1 C下每次循环的容量衰减极低，仅为 0.022%。此外，电池没有表现出自放电，即使休息了12天。这项工作为功能性隔膜的设计开辟了一条新途径，可显着提高 Li-S 电池的电化学性能。
 
  
图1.(a)CLATP的扫描电子显微镜(SEM)图像和(b)元素图。(c)TEM和(d)CLATP红色虚线框中区域的高分辨率TEM图像。(e) CLATP的SAED模式。(f) LATP和CLATP的XRD谱。(g) LATP 和CLATP的Ti 2p和(h)S 2p XPS光谱。
 
  
图 2. (a) LATP 和 CLATP 的视觉吸附测试。(b) S 2p, (c) Ti 2p, 和 (d) 多硫化物吸附后 CLATP 的 O 1s XPS 光谱。(e) CLATP和LATP的多硫化物吸附机制示意图。多硫化物吸附后LATP的 (f) S 2p、(g) Ti 2p 和 (h) O 1s XPS 光谱。
 
   
图 3.(a) (a) PP、G/PP、GL/PP 和 GCL/PP 与液体电解质耦合的对称电池的奈奎斯特图，使用两片不锈钢作为阻挡电极；插图是面板（a）高频范围的放大图像。(b)在Li-Li对称电池中，裸PP隔膜和用G、GL和GCL夹层改性的PP隔膜的 Li⁺转移。(c)使用PP隔膜和用G、GL和GCL夹层改性的PP隔膜在0.2 mVs^-1的扫描速率下的Li-S纽扣电池的CV曲线。 ( d-f ) Li-S纽扣电池的峰值电流(I_peak)和扫描速率(v^1/2)的平方根图，使用裸 PP 分离器和 G-、GL- 和 GCL 修改 PP 隔板。
 
  
图 4. (a)使用PP隔膜的Li-S纽扣电池在没有和有G、GL和GCL的情况下的倍率性能。(b) 带有 GCL 改性 PP 隔膜的 Li-S 纽扣电池的充放电电压曲线。(c)使用裸PP隔膜的Li-S电池和1C下具有G、GL和GCL的Li-S电池的循环性能。(d)休息12天后Li-S电池的循环性能。
  
        相关科研成果由清华大学Yan-Bing He和Ling Huang等人于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c21398）上。原文：A Highly Efficient Ion and Electron Conductive Interlayer To Achieve Low Self-Discharge of Lithium–Sulfur Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号