鋰硫電池隔膜的應(yīng)用研究進(jìn)展*

杜宗璽，汪 濱,2，華 超，杜 嬛

(1.北京服裝學(xué)院 材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院，北京 100029；2.北京服裝學(xué)院 服裝材料研究開發(fā)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市紡織納米纖維工程技術(shù)中心，北京 100029；3.中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所 綠色過程與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190)

0 引 言

隨著電子信息時(shí)代的到來，各類電子產(chǎn)品如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、電動(dòng)汽車、液晶電視等的廣泛應(yīng)用大大提高了社會(huì)對(duì)能量的需求。為保持資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和能量需求三者之間的平衡，人們一方面積極地開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的綠色新能源，另一方面將目光放在了兼具綠色環(huán)保和高能比的儲(chǔ)能材料上。而鋰電池——現(xiàn)代最為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)之一，便順理成章的成為了儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在鋰電池“家族”中，鋰離子電池最早被應(yīng)用，但是傳統(tǒng)鋰離子電池的正極材料一般為錳酸鋰(LiMnO2)、鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)和磷酸鐵鋰(LiFePO4)等，理論比容量較低(LiFePO4僅為170 mAh/g[1])，使得電池體系的比能量?jī)H為250 Wh/kg左右，難以滿足日益增長(zhǎng)的能量需求。鋰硫電池屬于鋰電池體系，因其具備的高理論比容量被看作是下一代最有前景的二次電池體系。鋰硫電池以硫單質(zhì)(理論比容量為1675 mAh/kg[2])作為正極材料，組成的電池體系理論比能量可達(dá)2600 Wh/kg[3]，是鋰離子電池的十倍。除此之外，單質(zhì)硫儲(chǔ)量豐富、生產(chǎn)成本較低，而且開采過程綠色環(huán)保，故而鋰硫電池是新一代較為理想的儲(chǔ)能體系。

通過上述工作原理可知，鋰硫電池在電化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生許多可溶性的多硫化物，在放電過程中正極區(qū)域的多硫離子會(huì)在濃度差的作用下通過電池隔膜來到負(fù)極，又在電場(chǎng)作用下回到正極，多硫離子在充放電過程中，跨越隔膜在正負(fù)極間來回穿梭，就形成了“穿梭效應(yīng)”，顯著增加了離子遷移的阻力，同時(shí)不可避免地造成了活性物質(zhì)硫的不可逆損失。此外，溶解的多硫化物可以通過“穿梭效應(yīng)”遷移到鋰電極附近，與鋰離子反應(yīng)生成不可溶的Li2S2和Li2S沉積在負(fù)極上，進(jìn)一步降低電池效率[6]。“穿梭效應(yīng)”示意圖如圖1所示。

圖1 “穿梭效應(yīng)”示意圖[6]

“穿梭效應(yīng)”是影響電池性能的主要因素之一。為此，研究者們主要通過正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)等方面的改進(jìn)，抑制多硫化物的“穿梭效應(yīng)”，提高鋰硫電池的循環(huán)性能和穩(wěn)定性[7]。為了提高硫正極的導(dǎo)電性，研究者們通過將硫負(fù)載于導(dǎo)電納米材料(碳納米材料、金屬化合物、導(dǎo)電聚合物等)形成復(fù)合正極的方式對(duì)硫正極進(jìn)行修飾[8]。修飾后的鋰硫電池正極導(dǎo)電性大幅提高，多硫化物的“穿梭效應(yīng)”也在這些納米材料提供的物理限域或化學(xué)吸附作用下得到了不同程度的改善，同時(shí)正極活性材料的利用率獲得顯著提升。為抑制充放電過程中鋰負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)，研究者采用將金屬鋰納米化的方法，降低負(fù)極的面電流密度抑制枝晶生長(zhǎng)，保護(hù)鋰負(fù)極[9]。在電解質(zhì)的改性研究中，通過合理選擇液相電解液的溶劑體系和電解液添加劑可有效改善鋰硫電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性[10]。

隔膜是鋰硫電池的重要組成部分，其功能不僅是將正負(fù)極分隔開，避免發(fā)生短路，同時(shí)還作為正負(fù)極間的離子通道來幫助運(yùn)輸離子[11]，故而隔膜一般需要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，以及較高的電解液浸潤(rùn)性和持液率[12]，對(duì)于鋰硫電池來說，隔膜還要滿足抑制多硫離子遷移的需求，為此研究人員不斷探索隔膜的功能化改性。

1 鋰硫電池隔膜的應(yīng)用研究進(jìn)展

1.1 功能改性材料

傳統(tǒng)的鋰離子電池隔膜以微孔聚烯烴類隔膜為主，聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)是最為常見的傳統(tǒng)隔膜，雖然有良好的電子絕緣性，但是無法抑制多硫離子的穿梭，無法解決鋰硫電池容量衰減的問題，因此人們一直在尋找開發(fā)適合鋰硫電池體系的功能化隔膜。目前鋰硫電池常用的隔膜材料有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)等，最常用的修飾手段是用功能性材料對(duì)隔膜進(jìn)行改性，這些改性材料的主要作用機(jī)理包括吸附原理、電荷排斥原理、晶格選擇傳導(dǎo)原理以及孔徑篩分原理[13]。但在對(duì)鋰硫電池隔膜進(jìn)行改性時(shí)，一般不單單考慮利用其中的一個(gè)機(jī)理，往往是多方面協(xié)同作用的。基于此，碳材料、聚合物材料和無機(jī)材料等三類功能材料成為鋰硫電池隔膜改性的主要選擇[14-15]，下面分別介紹這三類材料的研究進(jìn)展。

1.1.1 碳材料

碳材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，同時(shí)兼具物理吸附功能，在吸附溶解于電解液中的多硫化物的同時(shí)，可以對(duì)電池隔膜上沉淀的“死硫”——多硫離子與鋰離子結(jié)合會(huì)生成不溶于有機(jī)電解液的Li2S2和Li2S沉淀在隔膜上——進(jìn)行活化，起到“二次集流”的作用，大大減少活性物質(zhì)的損失，提高電池容量[16]。碳材料是最常見的改性功能材料，其存在形式多種多樣，包括導(dǎo)電碳黑、介孔碳、碳納米管和石墨烯等。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合上述診斷標(biāo)準(zhǔn)的患兒；（2）在完全了解本次研究?jī)?nèi)容的前提下自愿入組且患兒的監(jiān)護(hù)人簽署了知情同意書的患兒；（3）鼻咽部醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查可見腺樣體肥大；（4）年齡小于18歲的患兒。

Super P導(dǎo)電碳黑是一種導(dǎo)電性極佳的小顆粒碳黑，引入后可以在隔膜上構(gòu)建電子快速通道，減少隔膜的電化學(xué)阻抗，同時(shí)能吸附電解液中的多硫化物，并對(duì)吸附在隔膜上的多硫化物進(jìn)行活化利用。Manthiram課題組首先提出了將Super P導(dǎo)電碳黑引入鋰硫電池隔膜的想法[17]。他們簡(jiǎn)單地用真空抽濾機(jī)將Super P抽濾在商用的Celgard PP隔膜上，形成了20 μm厚的沉積層，將改性隔膜組裝到電池上進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，在0.2 C的倍率下，電池放電初始容量提升到了1400 mAh/g，進(jìn)行充放電循環(huán)200次后，測(cè)得電池容量仍有828 mAh/g，容量衰減率僅為每循環(huán)的0.2%，說明多硫化物的穿梭效應(yīng)得到了有效抑制，活性物質(zhì)的損失減少了。

碳納米管屬于一維的碳材料，除了導(dǎo)電性能優(yōu)異之外，還具有比表面積大的特點(diǎn)，同時(shí)方便構(gòu)建出多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了隔膜對(duì)電解液中多硫化物的吸附。Chung等[18]將多壁碳納米管與Celgard PP隔膜進(jìn)行復(fù)合，電池在1 C的倍率下進(jìn)行了300次充放電循環(huán)，結(jié)束時(shí)仍保留了798 mAh/g的容量。Su等[19]通過抽濾得到了50 μm厚的多壁碳納米管薄膜，組裝電池時(shí)將其放到隔膜與正極之間作為阻隔層，不僅可以攔截多硫化物，還可以充當(dāng)上層集流體。組裝好的電池在0.2 C的測(cè)試倍率下循環(huán)50圈，剩余電池容量為962 mAh/g，是沒有阻隔層的鋰硫電池的3倍。

石墨烯屬于二維薄膜狀材料，易折疊、比表面積大、導(dǎo)電性好，與其他碳材料相比，還原氧化石墨烯獨(dú)特的六元碳環(huán)單原子層結(jié)構(gòu)可以通過孔徑篩分的原理，為鋰離子構(gòu)建快速運(yùn)輸通道，而將體積較大的多硫化物阻隔在外。Lin等[20]將還原氧化石墨烯修飾在了Celgard PP隔膜上，達(dá)到了阻隔多硫化物穿梭的目的，同時(shí)也提高了電池的比容量和循環(huán)壽命。

1.1.2 無機(jī)材料

碳材料雖然可以吸附電解液中的可溶性多硫化物，但是大多數(shù)為物理吸附，對(duì)多硫化物的作用力不是特別強(qiáng)，還是會(huì)存在一些多硫化物在電解液中不斷進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。使用無機(jī)材料——大多為金屬氧化物應(yīng)用于電池中，通常通過涂覆、摻雜、共混等方式對(duì)隔膜進(jìn)行修飾，使隔膜帶有可以對(duì)多硫化物產(chǎn)生化學(xué)作用的元素，以此來限制多硫化物的跨膜運(yùn)輸。其中在常規(guī)Celgard PP隔膜上進(jìn)行無機(jī)材料的涂覆是制作工藝簡(jiǎn)單、改性性能理想的一種方法。

Al2O3是較為常見的一種金屬氧化物材料，Al2O3涂層的彎曲孔道結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是可以保持物質(zhì)活性的離子傳導(dǎo)骨架，同時(shí)還可以用于捕獲和沉積多硫化物。Zhang等[21]制備了具有多孔通道的Al2O3涂層隔膜來構(gòu)建鋰硫電池體系。他們?cè)诮M裝電池時(shí)將涂覆了Al2O3涂層的一側(cè)與負(fù)極相對(duì)，在0.2 C的倍率下，電池的初始放電比容量為967 mAh/g，在經(jīng)過50次充放電循環(huán)后，仍保留了593.4 mAh/g的放電容量。當(dāng)放電倍率增加到1 C時(shí)，50圈后電池容量可以保持在452.6 mAh/g，是普通鋰硫電池的2倍。

介孔結(jié)構(gòu)的TiO2作為一種無碳的包覆層，也可以用作碳硫復(fù)合物的添加劑來提高鋰硫電池的循環(huán)性能[22]。要實(shí)現(xiàn)這一目的，除了依靠介孔結(jié)構(gòu)對(duì)多硫化物的限制作用之外，更主要的是通過TiO2和多硫化物之間形成的S-Ti-O化學(xué)鍵，依靠化學(xué)吸附抑制穿梭效應(yīng)。Xiao等[23]將TiO2與石墨烯(Graphene)混合后涂覆在正極材料表面作為阻隔層，大大提高了鋰硫電池的庫(kù)侖效率，其組裝的電池結(jié)構(gòu)如圖2所示?？梢耘c多硫化物形成化學(xué)鍵的金屬氧化物還有MnO2，未來也可以嘗試與碳材料進(jìn)行復(fù)合對(duì)隔膜改性。

圖2 Graphene/TiO2阻隔層電池組裝示意圖[23]

V2O5是電子工業(yè)中常見的一種金屬氧化物，具有較高的電荷容量，是Li+良好的固態(tài)導(dǎo)體。Li等[24]制備了對(duì)Li+導(dǎo)電的V2O5阻隔層，將其負(fù)載到隔膜上對(duì)Celgard PP隔膜進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)V2O5阻隔層可以讓Li+快速通過，并將多硫化物攔截在正極一側(cè)，防止多硫化物與負(fù)極材料發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)。對(duì)用該隔膜組裝的電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，在C/15的放電倍率下，電池的容量在循環(huán)了300圈之后仍可以保持在800 mAh/g以上。

1.1.3 聚合物材料

聚合物是可以修飾鋰硫電池隔膜的所有材料中非常重要的一類，不同功能的聚合物修飾層可以決定鋰硫電池隔膜的不同表面性能。導(dǎo)電聚合物層的表面通常為微孔、介孔或分層多孔，可以通過孔徑篩分原理阻隔多硫化物；質(zhì)地薄而輕且具有導(dǎo)電性，既不會(huì)像碳材料一樣因添加過多而影響正極硫碳比，也不同像金屬氧化物因?qū)щ娦圆疃绊戨姵氐哪芰棵芏取６覍?dǎo)電聚合物可以帶有多種類型的功能化基團(tuán)，可以通過靜電排斥作用和化學(xué)吸附作用抑制多硫化物的穿梭，比如可作為質(zhì)子導(dǎo)體的導(dǎo)電聚合物，可以與多硫化物之間形成氫鍵[25]。除此之外，聚合物通?？梢該诫s不同的原子，如氧、氮、硫、碘等。

Nafion是全氟磺酸樹脂材料，一種可以對(duì)陽離子進(jìn)行選擇的商業(yè)化膜材料，該材料通常由具有磺酸官能化全氟乙烯醚側(cè)鏈的四氟乙烯聚合物組成[26]，是實(shí)現(xiàn)高電流密度和抑制多硫化物跨膜運(yùn)輸?shù)睦硐脒x擇。Tang等[27]在鋰硫電池的正極材料和隔膜之間制備了Nafion涂層，在涂覆了一層厚度適當(dāng)?shù)腘afion膜后，電極上的電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯降低。圖3為有Nafion涂層和無Nafion涂層電極的典型形貌，從圖中可以看出大部分在活性材料上均勻形成的Nafion涂層在電化學(xué)循環(huán)后能夠保持完整性，這表明在充放電時(shí)Nafion膜在電解液中是穩(wěn)定的。而且，Nafion聚合物獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和陽離子選擇性使得Li+可以實(shí)現(xiàn)自由跨膜運(yùn)輸，同時(shí)通過靜電排斥作用限制了多硫化物的跨膜轉(zhuǎn)移，這對(duì)降低電池的“穿梭效應(yīng)”，提高電池的穩(wěn)定性是極為有利的。

圖3 有無Nafion涂層的電極形貌對(duì)比[27]

Hao等[28]用Nafion/Super P復(fù)合物對(duì)鋰硫電池隔膜進(jìn)行改性。他們將Nafion/Super P涂覆在Celgard PP隔膜朝向正極的一側(cè)，組裝后電池的原理圖如圖4所示。從圖中可以看出，改性隔膜表面存在磺酸基團(tuán)，與同樣帶負(fù)電荷的聚硫陰離子之間產(chǎn)生靜電排斥作用，使多硫化物無法進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。對(duì)使用該隔膜的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，在正極為純硫材料的情況下，測(cè)試倍率為0.1 C時(shí)電池可以提供1087 mAh/g的高初始容量；在0.5 C的放電倍率下，在250圈循環(huán)內(nèi)電池的容量衰減率僅為每循環(huán)的0.22%。

圖4 使用Nafion/Super P修飾隔膜的Li-S電池原理圖[28]

聚乙二醇(PEG)具有親水、無毒等優(yōu)點(diǎn)，PEG改性隔膜一般通過調(diào)控表面的親疏水性來提高鋰硫電池的電化學(xué)性能。Wang等[29]將官能團(tuán)化后的多壁碳納米管和PEG復(fù)合得到PEG-MCNT材料，將其涂覆到Celgard PP隔膜表面。經(jīng)修飾后，電池隔膜的親水表面上的電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯降低，同時(shí)復(fù)合材料對(duì)多硫化物物理及化學(xué)的雙重吸附作用大大加強(qiáng)了其對(duì)多硫化物穿梭效應(yīng)的限制。組裝該隔膜的電池，在0.5 C的放電倍率下，首圈電池容量可達(dá)到1283 mAh/g，循環(huán)200次以后仍然保持在727 mAh/g以上。

導(dǎo)電聚合物兼有優(yōu)良的導(dǎo)電性和化學(xué)吸附作用，是抑制穿梭效應(yīng)、提高電池電化學(xué)性能的理想改性材料，但因其制備工藝復(fù)雜，目前可選用的導(dǎo)電聚合物種類較少，新型導(dǎo)電聚合物的探索與研發(fā)是人們對(duì)鋰硫電池研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。

2 靜電紡絲在鋰硫電池中的應(yīng)用

為了改進(jìn)鋰硫電池的性能，人們除了不斷發(fā)掘各類功能材料之外，對(duì)于隔膜修飾方法也進(jìn)行著不斷的創(chuàng)新。目前在隔膜表面涂覆改性材料是最常見的修飾方法，但該法完全依賴于涂覆的材料賦予隔膜各項(xiàng)性能，存在一定的局限性。靜電紡絲法是生產(chǎn)納米纖維的常用方法，所制備的納米纖維膜具有孔隙率高、結(jié)構(gòu)及組成可控、電解液潤(rùn)濕性好等優(yōu)點(diǎn)[30]，將其應(yīng)用到鋰硫電池的隔膜改性中可以與功能材料協(xié)同改善電池缺陷，大幅提高電池性能。

Zhu等[32]還制備了具有雙功能的雙層PVDF納米纖維膜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5(a)所示。PVDF因?yàn)槠渚哂辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性[33-34]，在電池隔膜領(lǐng)域一直備受青睞。因此，當(dāng)導(dǎo)電rGO與PVDF結(jié)合形成雙層隔膜時(shí)，PVDF可以很好地保持結(jié)構(gòu)的完整性，而rGO結(jié)合層則可以在正極區(qū)域“捕捉”多硫化物。如圖5(b)所示，使用rGO-PVDF/PVDF復(fù)合膜的電池在經(jīng)過200次循環(huán)后仍然保持較高的電池容量，說明該隔膜更具有循環(huán)穩(wěn)定性，rGO對(duì)“穿梭效應(yīng)”的遏制大大降低了電池的容量衰減。

圖5 (a)rGO(還原氧化石墨烯)-PVDF/PVDF隔膜結(jié)構(gòu)示意圖；(b)采用PP、PVDF和rGO-PVDF/PVDF隔膜的Li-S電池的循環(huán)性能示意圖[32]

Lin等[35]用靜電紡絲法制備了新型PVDF/聚(4-苯乙烯磺酸)鋰(PVDF/PSSLi)復(fù)合膜，有效地阻止了多硫化物在正負(fù)極區(qū)域之間往返遷移。復(fù)合膜的制備原理如圖6所示。首先通過靜電紡絲得到結(jié)構(gòu)形貌良好的PVDF納米纖維膜，然后將其浸漬到PSSLi溶液和交聯(lián)劑中，通過控制溶液的量形成一個(gè)三明治夾層結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過加熱加壓得到PVDF/PSSLi復(fù)合膜。

圖6 PVDF/PSSLi隔膜制備的原理示意圖[35]

在復(fù)合膜中磺酸基團(tuán)為吸電子基團(tuán)，對(duì)多硫陰離子具有化學(xué)吸附作用，同時(shí)PSSLi極大地填補(bǔ)了納米纖維之間的孔隙并很好地覆蓋了它們，磺酸基團(tuán)使納米纖維具有更強(qiáng)的極性和化學(xué)鍵，減少了納米纖維的無序性和聚合物鏈之間的距離，從而提高了隔膜的結(jié)晶度。高結(jié)晶度膜的聚合物鏈之間存在較強(qiáng)的相互作用，在電池循環(huán)過程中對(duì)多硫化物穿梭具有較好的抑制作用。將該膜組裝到電池中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，在0.2 C的放電倍率下，首圈電池容量可以達(dá)到1 194 mAh/g，平均庫(kù)侖效率97%；當(dāng)放電倍率增加到0.5 C時(shí)，電池表現(xiàn)出了優(yōu)良的循環(huán)性能，在200次充放電循環(huán)過程中，每周期的容量衰減率僅為0.26%。

劉家輝等[36]用靜電紡絲法制備PAN/PVDF復(fù)合納米纖維膜，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙豐富，為無機(jī)粒子的填充提供了條件。再通過真空抽濾的方式將Super P、SiO2納米顆粒和羧基化納米纖維素抽濾到隔膜上，組裝后與普通鋰硫電池相比，電化學(xué)性能有明顯提升。該隔膜在0.2 C放電倍率下測(cè)試初始放電容量達(dá)到1 268 mAh/g，這是因?yàn)镾uper P在隔膜上形成了三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，將被吸附的多硫化物進(jìn)行充分活化，減少了活性物質(zhì)的損失；而SiO2納米顆?？梢詫?duì)多硫化物進(jìn)行化學(xué)吸附，同時(shí)，還能防止填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電碳黑顆粒掉落，造成電池短路。

Guo等[37]通過靜電紡絲法制備了一種獨(dú)立的、柔性的Ti4O7/C納米纖維阻隔層(TCNFs)，可以有效地抑制多硫化物的穿梭，降低活性物質(zhì)的損失。他們首先將TiO2納米顆粒超聲分散在有機(jī)溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入PAN和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，制得紡絲溶液，通過電紡技術(shù)得到納米纖維膜。將摻雜了TiO2的納米纖維膜進(jìn)行預(yù)氧化和煅燒，得到TCNFs。TCNFs阻隔層對(duì)多硫化物具有物理屏蔽和化學(xué)吸附雙重作用。大體積、高電導(dǎo)率的三維CNFs網(wǎng)絡(luò)有助于多硫化物轉(zhuǎn)化和電子轉(zhuǎn)移，親硫Ti4O7與可溶性長(zhǎng)鏈多硫化物具有較強(qiáng)的化學(xué)鍵合，有助于減少多硫化物的溶解，提高庫(kù)侖效率。在鋰硫電池中，TCNFs阻隔層顯示出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1 C的高電流密度下，1 000次循環(huán)后仍可獲得560 mAh/g的容量。即使在3 C的電流密度下，在2 500個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，容量衰減僅為0.03%。

目前采用靜電紡絲法制備的隔膜，其孔徑的大小和分布難以精確控制，因此無法實(shí)現(xiàn)對(duì)多硫化物和鋰離子的高效篩分。通過表面改性或工藝參數(shù)調(diào)控來提高對(duì)隔膜孔徑的控制是其主要的研發(fā)方向。此外，靜電紡絲隔膜力學(xué)性能低是其另一個(gè)顯著缺陷。因此，通過表面改性或其他熱處理來提高靜電紡絲微孔隔膜的力學(xué)性能也是其未來的研發(fā)方向。

3 結(jié) 語

隨著科技的進(jìn)步發(fā)展，多元化的電子產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的常備品和必需品，大量電子產(chǎn)品的涌入直接導(dǎo)致社會(huì)對(duì)能量的需求激增，傳統(tǒng)的電池對(duì)于當(dāng)前的形勢(shì)表現(xiàn)的后繼乏力，而鋰硫電池因其高理論比容量被看做是未來最有發(fā)展前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)，近十年來人們對(duì)鋰硫電池進(jìn)行了廣泛的探索和研究，取得了大量的突破和進(jìn)展，但是由于鋰硫電池自身存在的缺陷，導(dǎo)致其商業(yè)化、批量化生產(chǎn)并不容易。減輕多硫化物的穿梭效應(yīng)、促進(jìn)硫的利用、保護(hù)負(fù)極鋰是改進(jìn)鋰硫電池缺陷的主要研究思路，皆可以電池隔膜為立足點(diǎn)進(jìn)行研究?，F(xiàn)有的商業(yè)化隔膜在功能上顯然無法滿足鋰硫電池的需要，因此通過隔膜功能化改性實(shí)現(xiàn)電池的高硫利用率、高庫(kù)侖效率和高循環(huán)穩(wěn)定性是未來先進(jìn)鋰硫電池的發(fā)展方向之一。與涂覆或復(fù)合改性商業(yè)隔膜的傳統(tǒng)方法相比，用靜電紡絲技術(shù)制備的隔膜具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，電解液持液率高，且比表面積大，孔隙分布和厚度均可通過紡絲工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，可以充分利用空間效應(yīng)、化學(xué)吸附和靜電效應(yīng)協(xié)同阻隔多硫化物的穿梭。若能清楚納米纖維膜原料、工藝參數(shù)及改性方法對(duì)隔膜性能的影響機(jī)制，就可以在制備過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)功能化電池隔膜的精準(zhǔn)調(diào)控，從而提升鋰硫電池的能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性及使用壽命，將鋰硫電池隔膜的改性思路拓展到生產(chǎn)工藝上。但由于可用于靜電紡絲的聚合物種類有限且產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)不夠成熟，限制了此類功能性隔膜的基底結(jié)構(gòu)和量化生產(chǎn)，相信未來靜電紡絲技術(shù)的革新將會(huì)大大加快鋰硫電池隔膜的研究進(jìn)展。