清华大学 南策文/沈洋/任耀宇 AM: 利用液晶聚合物调控Li+去溶剂化势垒, 实现高性能锂硫电池

锂硫（Li-S）电池具有很高的理论容量，但由于Li2S沉淀动力学缓慢，其速率能力和循环稳定性较差。这里设计并制造了一种富含磺酸基团的液晶聚合物（聚-2,2′-二磺酰基-4,4′-联苯胺对苯二甲酰胺，PBDT），通过促进电解液中Li+的解溶来加速Li2S的沉淀。PBDT改性隔膜被用于组装Li-S电池，这种电池具有出色的倍率容量（4 C时为761 mAh g-1）和循环稳定性（0.5 C 时循环500 次，每次循环的平均衰减率为0.088%）。在贫电解质和高硫负载条件下，基于PBDT的袋式电池甚至能提供≈1400 mAh g-1 的超高容量和≈11 mAh cm-2 的等面积容量，显示了实际应用的前景。拉曼光谱、分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）计算的结果表明，PBDT 中丰富的阴离子磺酸基团可以减弱Li+ 与溶剂之间的相互作用，降低解溶解能垒，有助于Li +的去溶剂化。此外，多硫化物的吸附/催化作用也会通过静电排斥作用而被排除。这项工作阐明了Li+ 脱溶对Li-S 电池的关键影响，并为先进的Li-S 电池提供了新的设计方向。

图文简介

PBDT在Li-S电池中的机理示意图

PBDT的结构和组成

PBDT对Li+去溶剂化作用的探究

wo-PBDT和w-PBDT隔膜电沉积Li2S的电化学反应动力学研究

wo-PBDT和w-PBDT组装的Li-S纽扣电池的电化学性能

Li-S软包电池与w-PBDT隔膜组装

论文信息

通讯作者：Yaoyu Ren, Yang Shen, Ce-wen Nan