原位生长金属-有机骨架修饰的电纺隔膜用于锂硫电池

武汉理工麦立强教授Chem. Eng. J. ：原位生长金属-有机骨架修饰的电纺隔膜用于锂硫电池

DOI:10.1016/j.cej.2020.124979

由于可溶性多硫化锂的存在，因此对于理想锂硫（Li-S）电池隔膜的要求要高于锂离子电池。本文中，研究者报告了一种双层MOF-PAN/rGO-PAN纳米纤维膜，可替代Li-S电池的商用聚烯烃隔膜。这种基于PAN的膜具有良好的机械性能、热稳定性和高电解质吸收率的固有优点，显示出0.81的高锂离子转移数。通过低压气相化学气相沉积原位生长的MOF紧密地附着在纳米纤维的表面上，这些暴露的颗粒可以最大程度地利用化学吸附来捕获多硫化物。借助这种新型功能性隔膜，Li-S电池可在0.5C时提供1302 mAh g-1的高初始容量。在5C的高速率下，在600个循环中，每个循环的容量衰减率仅为0.03％。更重要的是，即使硫负载量为7.7 mg cm-2，Li-S电池在50个循环后仍能提供7.8 mAh cm-2的高面容量。

图1.（a）用于Li-S电池的多功能电纺MOF-PAN/rGO-PAN隔膜和PP隔膜的示意图；（b-g）MOF-PAN/rGO-PAN的形态特征，（b，c）SEM图像；（d，e）TEM图像和（f，g）HRTEM图像。g的图示是红色部分的放大图。

图2.（a）MOF-PAN/rGO-PAN膜的电解质动态接触角测量；（b）PP隔膜；（c，d）PP隔膜和MOF-PAN/rGO-PAN膜的DSC和TGA曲线；（e，f）经100℃热处理前后的PP、PAN、PAN/PAN/rGO-PAN、MOF-PAN/rGO-PAN膜的光学图像。

图3.（a）具有不同隔膜的Li-S电池的开路电压曲线。（b-d）MOF-PAN/rGO-PAN、PAN/rGO-PAN和PP隔膜的锂离子迁移数测试。

图4.（a）具有不同隔膜的Li-S电池的倍率性能；（b）具有不同隔膜的Li-S电池在0.5C下的恒电流充电/放电性能；（c）具有不同隔膜的Li-S电池在1C下100次循环的循环性能；（d）具有MOF-PAN/rGO-PAN隔膜的Li-S电池在5C下600次循环的长期循环性能；（e）具有MOF-PAN/rGO-PAN隔膜的Li-S电池的高负载试验。

图5.用双L装置对（a）PP进行渗透实验。（b）PAN/rGO-PAN和（c）MOF-PAN/rGO-PAN隔膜；（d）ZIF-67在不同侧面的DFT分子骨架；（e）Li2Sn和S8与ZIF-67结合的优化构型。

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文章来源：易丝帮