南京大学胡征、杨立军、吴强《AM》：多功能Janus隔膜助力锂硒电池在-30至60℃宽温域高倍率运行

锂硒电池具有体积容量大的特点，可与锂硫电池相媲美，同时硒的导电率比硫高1025倍，这有利于提高电池的高倍率性能。然而，锂硒电池也受到锂多硒化物（LPSes）的"穿梭效应"和锂枝晶生长的影响。

近日，南京大学胡征教授、杨立军副教授、吴强教授通过在商用聚丙烯（PP）隔膜的两面涂覆分级掺氮碳纳米笼（hNCNC）和AlN纳米线，设计了一种多功能Janus隔膜，以克服这些障碍。实验显示，在室温下，采用Janus隔膜的锂硒电池表现出前所未有的高倍率容量（25 C时为331 mAh g-1），并且在3 C下经过500次循环后仍能保持408 mAh g-1的高容量。此外，锂硒电池在-30至60℃的宽温度范围内仍能保持高容量，显示了在极端环境下的应用潜力。这种出色的电化学性能源于"1+1>2"的协同作用：正极侧的hNCNC通过化学吸附和电催化抑制了锂多硒化物的穿梭，而负极侧的导热AlN网络抑制了锂枝晶的生长，这可以用"水桶效应"来很好地理解。总体而言，这种Janus隔膜为开发高性能锂硫族（Se、S、SeS2）电池提供了一种通用策略。

文章要点：

1. 这项工作通过在商用聚丙烯（PP）隔膜的两面涂覆hNCNC和AlN网络，开发了一种适用于锂硒电池的多功能Janus隔膜（称为hNCNC-PP-AlN），以同时解决穿梭效应和锂枝晶生长的问题。

2. 研究发现，分级掺杂N的碳纳米笼（hNCNC）除了具有传统的化学吸附功能外，还具有电催化多硫化物转化的功能，而隔膜上的导热AlN网络则可以通过均匀锂沉积来有效抑制锂枝晶。因此，这两种功能材料的协同作用有望大大提高锂硒电池的性能。

3. 采用Janus 隔膜后，锂硒电池在室温（25℃）下具有前所未有的331 mAh g-1 倍率性能，在3 C时循环500次后具有408 mAh g-1的高容量，并在-30至60℃的宽温度范围内具有出色的性能。

4. 所设计的Janus隔膜还能有效改善Li-S和Li-SeS2电池的性能，表明这种策略普遍适用于锂硫族电池。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304551

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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