DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.167089

锂硫电池由于其较高的理论能量密度，在下一代储能器件领域具有巨大的潜力。然而，多硫化物中间体穿梭严重导致容量快速衰减和较差的循环稳定性，从而阻碍了其商业应用。在本文中，研究者选择聚合物链中含有极性官能团的聚偏氟乙烯作为聚合物载体，通过静电纺丝技术构建了牢固且均匀修饰H3PW12O40的纳米纤维膜。得益于“电子海绵”的特性，H3PW12O40可以作为多硫化物介质，显著促进多硫化物在电极/隔膜界面的液-液反应动力学。此外，锂金属负极发生裂纹、粉化和死锂颗粒粘附的情况较少，表明使用这种具有三维网络结构和丰富氧化还原活性位点的膜后锂离子通量分布更加均匀。配备这种双功能隔膜的电池在1.0C时的比容量为966mAh/g，循环300次后仍保持682mAh/g的容量，对应于每个循环的平均容量损失为0.09%。

图1.用于Li-S电池的功能性静电纺丝PW12-PVDF/PP隔膜示意图。

图2.（a）PP和（b）PW12-PVDF/PP的俯视SEM图像。（c）PW12-PVDF/PP的横截面SEM图像。（d）PW12-PVDF/PP的TEM和（e）暗场STEM图像以及PW12-PVDF纳米纤维的EDX元素映射图像。（f）PP、PVDF、PW12簇和PW12-PVDF/PP的XRD图谱。（g）PW12簇、PVDF和PW12-PVDF的FT-IR光谱。（h）PP和PW12-PVDF/PP的电解质接触角测量。

图3.（a）Li2S4/DME溶液与空白、PVDF和PW12簇接触后的数码照片和紫外可见光谱。（b）PVDF和Li2S4处理后的PVDF的O1s XPS光谱。（c）PW12簇和Li2S4处理后的PW12簇的W4f XPS光谱。（d）PVDF和Li2S4处理后的PVDF的C1s XPS光谱。（e）PVDF和Li2S4处理后的PVDF的F1s XPS光谱。（f）Li2S4和PW12处理后的Li2S4的S2p XPS光谱。

图4.在H型玻璃比色槽中进行的视觉电化学测试。

图5.（a）配备PW12-PVDF/PP和PP隔膜的电池的CV曲线以及（b）奈奎斯特图。（c）PITT曲线揭示了PW12-PVDF/PP和PP在充放电过程中的Li+扩散系数。（d）GITT曲线。

图6.（a）PW12-PVDF/PP隔膜的CV曲线。（b-d）CV峰值电流与扫描速率平方根的线性拟合。

图7.（a）PW12-PVDF/PP和PP的倍率性能，（b）PW12-PVDF/PP和PP电池在1.0C时的长循环性能，（c）PW12-PVDF/PP电池在3.0C时的长循环性能，（d）含各种改性隔膜的锂硫电池的电化学性能比较。

图8.（a-c）带有PP的锂金属负极和（d-f）带有PW12-PVDF/PP的锂金属负极在300次循环后的表面和横截面SEM图像。（g）PP（黑色）和PW12-PVDF/PP对称电池（红色）在1.0mA/cm2下的恒电流循环。

图9.（a和b）用于锂金属负极的PP隔膜在1.0C下循环300次后的SEM图像。（c和d）在锂金属负极中循环300次后PW12-PVDF/PP纳米纤维和（e）PW12-PVDF/PP隔膜的SEM图像。（f）PW12-PVDF纳米纤维在1.0C下循环300次后的暗场STEM图像和EDX元素映射图像。