​姚亚刚Carbon Energy：“三合一”隔膜：散热、抑制穿梭效应、缓解枝晶生长！

图1. 应用于锂硫电池的SA-BC/SA-C隔膜的示意图

锂硫电池（LSB）遭遇的安全问题阻碍了其实际应用。南京大学姚亚刚等通过在超定向氮化硼@碳纳米管（SA-BC）上交叉编织超定向碳纳米管（SA-C），形成复合薄膜（SA-BC/SA-C），构建了一种高导热的隔膜，以制备具有更好电化学性能的安全LSB。

这种独特的超定向结构形成了一个均匀的热场，其理论热导率高达2000 W m^-1 K^-1，因此具有均匀热场的双层超定向结构可迅速分散LSB在充电和放电过程中由内阻产生的热量，从而防止温度的持续上升。

此外，氮化硼（BN）对多硫化物有很强的亲和力，因此抑制了多硫化物的穿梭效应。具体来说，复合结构中有序的离子传输通道，加上它对电子的平滑传导，增强了对高价多硫化物的捕获，并加速了它们向低价硫化物的催化转化。

另外，由BN纳米片包裹的超定向交错结构还产生了分子刷效应，使离子流均匀化，从而缓解了由局部离子浓度高引起的枝晶生长。通过这种方式，促进了锂金属的均匀沉积。此外，BN是不可燃的，这消除了有机隔膜燃烧的风险。

图2. SA-BC/SA-C隔膜的物理特性

受益于上述优势，采用SA-BC/SA-C隔膜构建的LSB显示出相当大的热管理能力和出色的电化学性能。在高工作温度（60℃）下，它有很高的倍率性能（5C时为541.5 mAh g^-1）和出色的循环稳定性（在2C下的300次循环中每循环容量衰减率低至0.026%）。

此外，即使在高硫负载（3 mg cm^-2）的情况下，基于SA-BC/SA-C隔膜的LSB也能提供较高的放电容量（在0.3 C下经过100次循环后具有588.6 mAh g^-1）。这种”三合一”的多功能隔膜设计策略构成了克服LSB安全问题的新途径。

图3. LSB的电化学性能

“Three-in-one” strategy: Heat regulation and conversion enhancement of a multifunctional separator for safer lithium–sulfur batteries. Carbon Energy 2023. DOI: 10.1002/cey2.352