图1黑磷覆盖的隔膜工作示意图
虽然碳材料可以限制锂硫电池中多硫化物的扩散,但由于碳材料对多硫化物的吸附作用较弱,所以这限制了碳材料作为固硫材料的应用。考虑到这一不足,崔屹课题组将黑磷纳米片沉积在商用聚丙烯隔膜的表面,以通过物理吸附和化学键合的方式增强隔膜对多硫化物的阻碍作用。
首先通过液相剥离法制备黑磷纳米片。将黑磷分散在NMP中,超声10小时,离心,去除沉淀,得到上清液。将上清液和PVDF混合,真空抽滤到隔膜上,60℃下干燥8小时。因为黑磷易被氧化,所以上述过程都在真空烘箱或手套箱中进行。最后,将黑磷覆盖的隔膜压成片,冲成圆片以备装电池。电池的正极为S,SP,PVDF以8:1:1的比例混合制成。
黑磷改性后的隔膜用于锂硫电池中,100圈循环后容量保持率为86%,而石墨烯改性后的隔膜对应的电池的容量保持率仅为66%。黑磷的应用为提高锂硫电池的性能打开了新的大门。
图2黑磷改性后的隔膜用于锂硫电池的电化学性能