鋰硫電池，以單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰為負(fù)極，理論比能量可達(dá)2600Whkg-1，是傳統(tǒng)鋰離子電池的3~5倍，且由于單質(zhì)硫在地球中儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，因此被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮弑饶芰慷坞姵伢w系之一。然而，由于鋰硫電池在充放電過程中產(chǎn)生的聚硫化物易溶于電解液，并通過隔膜到達(dá)金屬鋰負(fù)極，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的“穿梭效應(yīng)”，引起活性物質(zhì)損失、硫化物沉積不均，導(dǎo)致電池循環(huán)性能變差。

基于以上問題，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組研究人員從鋰硫電池隔膜改性入手，在碳納米管（CNT）表面引入過渡金屬化合物CoNi1/3Fe2O4（CNFO），成功制備出CNFO@CNT納米復(fù)合材料，并通過真空抽濾方式將其均勻涂布到商用隔膜表面。受益于CNFO的強(qiáng)極性吸附作用和CNT的導(dǎo)電作用，該改性隔膜可以有效吸附正極溶出的聚硫化合物并加以循環(huán)再利用。CNFO@CNT納米復(fù)合材料制備示意圖如下圖（a）所示。

將CNFO@CNT改性隔膜應(yīng)用于鋰硫電池中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在2.0C下常溫循環(huán)250圈后容量保持率高達(dá)84%。不僅如此，研究人員將改性后的鋰硫電池置于高溫60℃中測試其循環(huán)穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在CNFO較強(qiáng)的化學(xué)吸附作用下，0.5C經(jīng)過100圈循環(huán)后，容量保持率依然能夠達(dá)到78%，并保持98%以上的庫倫效率。該改性材料相比CNT改性隔膜，無論是常溫還是60℃高溫，對鋰硫電池的倍率及循環(huán)穩(wěn)定性都有較大的提升。

相關(guān)成果已發(fā)表在ACSAppliedMaterials&Interfaces（TaoLiu,etal,JianfeiWu*.doi：10.1021/acsami.9b02136）上。此外，以固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)電解液的全固態(tài)鋰硫電池可以從根本上解決聚硫化物的溶解難題，研究組在目前開發(fā)的鋰硫電池和高電導(dǎo)率硫化物固體電解質(zhì)的基礎(chǔ)上，下一步將繼續(xù)開發(fā)高性能鋰硫全固態(tài)電池，相關(guān)成果已在J.Mater.Chem.A（2018,6,23486–23494），Electrochim.Acta（2019,295,684-692）等期刊發(fā)表，研究成果得到中科院率先行動(dòng)百人計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、青島能源所-大連化物所融合基金項(xiàng)目的支持。

（a）CNFO@CNT納米復(fù)合材料制備示意圖；（b）CNFO@CNT納米復(fù)合材料紫外吸收光譜圖；（c）鋰硫電池高溫循環(huán)性能