董幫達， 翟云云， 劉海清， 黃振鵬， 李祖光， 李 蕾

（1. 浙江工業(yè)大學化學工程學院, 杭州 310014; 2. 嘉興學院分析測試中心, 嘉興 314001;3. 嘉興學院生物與化學工程學院, 嘉興市分子識別材料與傳感技術(shù)重點實驗室, 嘉興 314001）

鋰離子電池具有循環(huán)壽命長、 能量密度高及自放電低的優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于儲能電池、 消費類電池和動力電池行業(yè)［1］. 但隨著人們對電池容量需求的不斷增加， 鋰離子電池常用負極材料石墨的實際能量密度已接近其理論能量密度（372 mA·h/g）， 迫切需要找到一種更高能量密度的負極材料［2～4］. 鋰金屬具有超高的能量密度（3860 mA·h/g）和最低的電化學電勢（-3.04 Vvs.SHE）， 被認為是最理想的鋰電池負極材料［5～8］. 然而， 由于鋰的不均勻剝離和沉積會引起鋰枝晶的產(chǎn)生， 導(dǎo)致不可逆的容量衰減， 消耗電解質(zhì)， 還會刺破隔膜， 造成短路， 甚至引發(fā)火災(zāi)， 大大限制了鋰金屬電池（LMB）的實際應(yīng)用［9，10］.

鋰負極的粗糙表面和鋰離子通量的不均勻分布是鋰枝晶形成的主要原因［11］. 為了抑制鋰枝晶的形成， 研究人員已經(jīng)進行了大量研究， 包括構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)的鋰負極界面保護層［12，13］、 設(shè)計固態(tài)電解質(zhì)［14～16］和構(gòu)筑三維集流體［17～19］. 這些策略都對抑制鋰枝晶的形成起到了積極的作用， 但由于通常涉及繁瑣和危險的制作過程， 不利于工業(yè)中大規(guī)模生產(chǎn). 因此， 亟需尋找一種安全可靠的抑制鋰枝晶的方法. 隔膜作為電池的關(guān)鍵部件之一， 其主要功能是確保離子的有效傳輸， 并使電極絕緣以防止電池短路［20，21］. 隔膜在確保劇烈條件下電池的安全運行方面起著至關(guān)重要的作用. 研究發(fā)現(xiàn)， 對隔膜進行改性是確保LMB穩(wěn)定運行的有效方法［22，23］. 改性的復(fù)合隔膜可以通過機械阻擋、 調(diào)節(jié)鋰離子的均勻傳輸和鋰的均勻沉積來抑制鋰枝晶的生長. 目前， 已經(jīng)開發(fā)了一些陶瓷涂層材料， 如Al2O3［24］、 Mg（OH）2［25］和勃姆石片［26］等作為隔離層. 然而， 由于其高密度和厚涂層， 限制了陶瓷涂層材料在LMB隔膜領(lǐng)域的實際應(yīng)用. 近期研究發(fā)現(xiàn)： 二維材料如石墨烯［27］、 LiAl-LDH［28］等作為膜涂層， 可以重新分配離子傳輸，引導(dǎo)鋰離子均勻沉積， 達到抑制鋰枝晶的效果. 作為一種具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維材料， MoS2納米片因具有豐富的單層結(jié)構(gòu)、 缺陷位點和高離子電導(dǎo)率， 在LMB領(lǐng)域備受關(guān)注. 但相關(guān)研究主要集中在鋰金屬負極保護方面［29～31］， 至今還未發(fā)現(xiàn)其作為隔膜涂層的相關(guān)報道.

本文選擇用芘-鋰（Py-Li）作為化學插層試劑， 通過化學插層法制備出MoS2納米片， 然后在靜電紡絲制備的聚丙烯腈（PAN）隔膜表面簡單噴涂二維MoS2納米片， 獲得了一種功能化的復(fù)合隔膜（MoS2@PAN）. 該復(fù)合隔膜不僅具有較高的耐熱性和良好的電解質(zhì)親和性， 而且可以利用MoS2鈍化鋰金屬的表面層， 降低界面阻抗， 促進Li+在界面處的快速轉(zhuǎn)移， 讓鋰離子得到穩(wěn)定的沉積/剝離. 因此，與傳統(tǒng)的Celgard 隔膜相比， 使用MoS2@PAN 隔膜組裝的LFP/Li 電池實現(xiàn)了良好的循環(huán)性能和倍率性能， Cu/Li 非對稱電池表現(xiàn)出更高的庫侖效率， Li/Li 對稱電池則可以保持14 mV 的低過電位穩(wěn)定循環(huán)500 h.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

芘（Py， 純度≥98%）、 二硫化鉬（MoS2， 純度≥98%）、 乙二醇二甲醚（DME， 純度99%， 水含量≤50 mg/kg）、 1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP， 純度≥99.5%）和無水乙醇（分析純）， 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；N，N-二甲基甲酰胺（DMF， 分析純）， 國藥集團化學試劑有限公司； P1361型聚丙烯腈（PAN）， 斯百全化學試劑有限公司； 磷酸鐵鋰正極粉末（LiFePO4， LFP， 電池級）和2320型Celgard隔膜， 東莞市科路得新能源科技有限公司； 炭黑， 電池級， 比利時Timical 公司： 聚偏氟乙烯（PVDF， 電池級）， 法國阿科瑪公司； 銅網(wǎng)， 100目， 航鷹絲網(wǎng)制品有限公司； CR2016型電池殼、 不銹鋼（SS）墊片、 鋰片、 LiPF6電解液［1 mol/L LiPF6的EC/DMC/EMC（1/1/1， 體積比）溶液］， 蘇州多多化學科技有限公司.

XRD-7000型X射線衍射儀（XRD）， 日本島津公司； S-4800型掃描電子顯微鏡（SEM）， 日本日立公司； Talos F200型透射電子顯微鏡（TEM）， 美國賽默飛公司； STA449F5型同步熱分析儀（TGA）， 德國耐馳公司； DSA25E型接觸角測試儀， 德國Kruss公司； IM6型光電測試系統(tǒng)， 德國Zahner公司； CHI760型電化學工作站， 上海辰華儀器有限公司； FM1205 型靜電紡絲機， 上海東翔納米科技有限公司； LAND CT3001A型電池測試系統(tǒng)， 武漢藍電電子股份有限公司.

1.2 實驗過程

1.2.1 納米片的制備 以Py-Li 作為化學插層試劑， 利用化學插層法制備MoS2納米片. 將芘和鋰（1∶1， 摩爾比）溶解在DME中， 制備0.5 mol/L的Py-Li溶液； 將0.8 g MoS2粉末加入20 mL Py-Li溶液中并攪拌1 h； 將混合物離心并棄去上清液以獲得插層化合物， 將插層化合物分散于水中， 超聲處理15 min來實現(xiàn)剝離； 將制備的懸浮液在4000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心30 min以除去多層納米片， 得到純化的懸浮液.

1.2.2 復(fù)合隔膜的制備 將8 g PAN 粉末溶解在92 g DMF 中， 室溫下攪拌12 h， 獲得紡絲液. 利用靜電紡絲法制備PAN 纖維膜， 紡絲參數(shù)設(shè)置如下： 外加電壓30 kV， 注射泵推進速度為1.5 mL/h， 針頭末端與收集器之間距離為20 cm， 溫度為（25±1） ℃， 濕度控制在（45±4）%， 得到的PAN纖維膜在60 ℃下干燥12 h. 將制備的MoS2納米片懸浮液與無水乙醇以體積比1∶1 混合后（混合后懸浮液濃度為0.9 mg/mL）均勻地噴涂在PAN 纖維膜上， MoS2納米片負載量為0.129 mg/cm2（單面）， 經(jīng)過干燥、 輥壓及裁片后制成直徑為19 mm的隔膜（MoS2@PAN復(fù)合隔膜）.

1.2.3 扣式電池的組裝及電化學性能測試 將LFP、 炭黑（導(dǎo)電劑）、 PVDF（粘結(jié)劑）以質(zhì)量比7∶2∶1混合， 加入NMP 后研磨15 min 得到漿料； 將漿料均勻地涂覆在鋁箔上， 活性物質(zhì)的負載量控制在0.98～1.04 mg/cm2， 然后于80 ℃下干燥12 h， 裁剪輥壓成直徑12 mm 的正極片. 在充滿氬氣的手套箱中組裝扣式電池， O2含量小于1 mg/kg， H2O含量小于1 mg/kg. 以LFP為正極、 鋰片為負極、 LiPF6為電解液， 分別組裝了PAN 隔膜、 商品化隔膜（Celgard）、 MoS2@PAN 復(fù)合隔膜的LFP/Li 電池. 組裝以鋰片為正負極的Li/Li對稱電池， 以100目的銅網(wǎng)為正極、 鋰片為負極的Cu/Li非對稱電池. 組裝電解質(zhì)浸漬隔膜組裝的SS/SS對稱電池， 利用交流阻抗（EIS）測試不同隔膜的離子電導(dǎo)率， 組裝SS/Li電池進行線性掃描伏安法（LSV）測試. 在藍電電池測試系統(tǒng)上對LFP/Li電池進行倍率和循環(huán)性能測試， 對Li/Li對稱電池進行鋰沉積剝離測試， 對Cu/Li非對稱電池進行庫侖效率測試.

2 結(jié)果與討論

2.1 MoS2的XRD和TEM表征

將使用化學插層法制得的超薄MoS2納米片命名為PL-MoS2， 未剝離的大塊MoS2命名為Bulk-MoS2，分別使用XRD和TEM進行詳細的結(jié)構(gòu)表征. 由圖1（A）可見， 所獲得的PL-MoS2和Bulk-MoS2都顯現(xiàn)出典型的六邊形MoS2（PDF# 06-0097）的特征峰， 與Bulk-MoS2相比， PL-MoS2的（002）晶面特征峰顯著減弱， 表明存在豐富的單層結(jié)構(gòu)［32］. 其中存在些許的雜峰， 根據(jù)標準卡片PDF# 01-0330， 這些峰主要是制備納米片所用芘的衍射峰.

Fig.1 XRD patterns of Bulk-MoS2 and PL-MoS2(A), TEM image(B) and HRTEM image(C) of MoS2 nanosheetsInset： （B） photograph of a MoS2 nanosheet suspension； （C） corresponding Fast Fourier transform（FFT） patterns.

進一步離心分離大塊的未剝離完全的MoS2納米片， 得到純凈的懸浮液， 獲得TEM圖像［圖1（B）和（C）］. 由圖1（B）可以看出， MoS2納米片呈現(xiàn)出平坦、 幾乎透明的超薄納米片形狀. 對比度的均勻性意味著MoS2納米片的厚度基本相同， 并且很少觀察到多層結(jié)構(gòu). 圖1（B）插圖顯示了MoS2納米片懸浮液的丁達爾效應(yīng). 圖1（C）示出了MoS2納米片的典型高分辨率TEM（HRTEM）圖像， 證明其為超薄的納米片， 并且仍然保持良好的六方對稱單晶結(jié)構(gòu)， 沒有損壞晶體結(jié)構(gòu). 相應(yīng)的快速傅里葉變換（FFT）圖像顯示了一組六邊形排列的斑點［圖1（C）插圖］， 證明了所制備MoS2納米片的單晶性質(zhì)［33］.

2.2 隔膜的形貌表征和理化性能

由圖2（A）可以看出， MoS2納米片均勻地覆蓋在PAN 纖維上， 但不可避免地出現(xiàn)了納米片堆疊現(xiàn)象； 在其放大圖中可以看到超薄的MoS2納米片和光滑的纖維［圖2（B）］， 說明MoS2納米片成功附著在纖維上. 圖2（C）示出了MoS2@PAN 復(fù)合隔膜的橫截面SEM 圖像. 由于在液氮中淬斷使得纖維層間出現(xiàn)分層現(xiàn)象， 其厚度約為49 μm， 表面有一層約1 μm厚的納米片薄層.

Fig.2 SEM images of the surface(A, B) and the cross-section(C) of the MoS2@PAN separator

與純PAN隔膜在280 ℃左右開始表現(xiàn)出明顯的質(zhì)量損失相比， 復(fù)合隔膜在330 ℃時才開始表現(xiàn)出明顯的質(zhì)量損失［圖3（A）］， 這可以解釋為添加具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性的MoS2可以提高復(fù)合隔膜的熱穩(wěn)定性. 孔徑大小對鋰枝晶的抑制有重要影響. 從孔徑分布圖［圖3（B）］可知， 純PAN 膜的平均孔徑為510 nm， 而MoS2@PAN復(fù)合隔膜的平均孔徑為330 nm， 且孔徑分布更均一. 復(fù)合隔膜孔徑變小是由于MoS2納米片覆蓋在纖維表面所致［圖2（A）和（B）］， 這可以防止電極材料或鋰枝晶穿透隔膜. 噴涂MoS2后， 更小且更均一的孔徑分布有利于Li+通過復(fù)合膜時的均勻傳輸， 抑制鋰枝晶生成， 從而降低電池的微短路.

Fig.3 TGA curves(A) and pore size distribution(B) of MoS2@PAN and PAN separators

從隔膜電解液接觸角測試結(jié)果［圖4（A）～（C）］可以看出， MoS2@PAN， Celgard和PAN隔膜的接觸角分別為32.6°， 63.8°和34.2°. MoS2良好的電解液潤濕性和親和性可降低Li+在復(fù)合隔膜內(nèi)的轉(zhuǎn)移阻抗.

Fig.4 Contact angles of liquid electrolyte on the surface of MoS2@PAN(A), Celgard(B) and PAN(C)separators

將相關(guān)隔膜樣品夾在兩個玻璃片中， 然后于250 ℃加熱30 min， 研究隔膜的熱穩(wěn)定性. 由圖5（A）可見， 在250 ℃下加熱30 min后， Celgard 隔膜明顯熔化， 而PAN隔膜和復(fù)合隔膜則沒有明顯收縮. 這是由于Celgard隔膜成分為聚烯烴， 熔點低， 熱穩(wěn)定性差； 而PAN具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性， MoS2納米片的加入可以進一步提高隔膜的熱穩(wěn)定性， 這與隔膜的TGA 曲線［圖3（A）］結(jié)果相吻合. 采用線性掃描伏安法（LSV）測試了不同隔膜組裝的SS/Li 電池的電化學穩(wěn)定性. 由圖5（B）可見， 直到電壓增加到5.34 V（vs.Li+/Li）， MoS2@PAN隔膜才開始氧化分解， 而Celgard和PAN隔膜的分解電壓分別為5.14和5.21 V（vs.Li+/Li）， 這種改進歸因于所制備的復(fù)合隔膜具有優(yōu)異的電解質(zhì)親和力和吸收微量雜質(zhì)的能力. MoS2@PAN隔膜卓越的電化學穩(wěn)定性顯示出其在高壓LMB中的潛在應(yīng)用. 圖5（C）示出了電解質(zhì)浸漬隔膜組裝的SS/SS對稱電池的Nyquist圖， 不同隔膜的離子電導(dǎo)率（σ， mS/cm）可以利用下式計算：

Fig.5 Optical photos before(up) and after(down) heating at 250 ℃ for 30 min(A), LSV curves(B) and AC impedance spectra(C) of MoS2@PAN, Celgard and PAN separatorsInset of (C): Nyquist plots at high-frequency.

式中：Rb（Ω）是隔膜的本體阻抗；d（cm）是隔膜厚度；S（cm2）是接觸面積（本文中為2.06 cm2）.

MoS2@PAN 隔膜的離子電導(dǎo)率高達1.02 mS/cm， 明顯高于Celgard 隔膜（σ=0.42 mS/cm）和PAN 隔膜（σ=0.86 mS/cm）， 這得益于MoS2良好的電解液潤濕性及親和性.

此外， 組裝了Li/Li 對稱電池， 利用恒電位極化結(jié)合交流阻抗法計算了Li+遷移數(shù)（tLi+）， 計算公式如下：

式中： ΔV（mV）是施加的極化電壓（本文中為10 mV）；I0和Is（A）分別是初始和穩(wěn)態(tài)電流；R0和RS（Ω）分別為極化前后的界面電阻. 由圖6（A）～（C）可見， MoS2@PAN隔膜的tLi+為0.590， 高于Celgard隔膜（tLi+=0.469）和PAN隔膜（tLi+=0.515）， 這主要是由于MoS2的引入增加了復(fù)合隔膜的電解液潤濕性及親和性，更有利于Li+的傳輸.

Fig.6 Results of potentiostatic polarization test of Li/Li symmetric cells with MoS2@PAN(A), Celgard(B)and PAN(C) separatorsInsets: EIS spectra before and after polarization.

2.3 電池性能

眾所周知， 庫侖效率（CE）是鋰離子沉積/剝離可逆行為的一個重要表征. 使不同隔膜的Cu/Li非對稱電池在1.0 mA/cm2的電流密度下沉積1 h后完全脫出全部鋰源（脫鋰截止電壓設(shè)置為0.5 V）， 測試鋰金屬的可逆性. 由圖7（A）可見， Celgard和PAN隔膜組裝的Cu/Li非對稱電池的庫侖效率分別在第50個循環(huán)和第40個循環(huán)后發(fā)生明顯的衰減， 然后庫侖效率劇烈波動， 表明此時電池已經(jīng)短路. MoS2@PAN隔膜組裝的Cu/Li 非對稱電池表現(xiàn)出更穩(wěn)定的循環(huán)， 在經(jīng)過80次循環(huán)后庫侖效率仍保持在97%以上，這可以解釋為MoS2良好的電解質(zhì)親和性形成了對Li+的整流作用， 并誘導(dǎo)Li+在集流體上均勻沉積， 減少了死鋰和鋰枝晶的產(chǎn)生.

Fig.7 Coulomb efficiency of the Cu/Li cells(A) and cycling performance of symmetrical Li/Li cells(B)with MoS2@PAN, Celgard and PAN separators

將不同隔膜組裝的Li/Li對稱電池在1 mA/cm2電流密度下充放電2 h， 考察其循環(huán)穩(wěn)定性. 所有電池在最初的幾次循環(huán)中都具有相對較高的電壓極化［圖7（B）］， 這可歸因于電極活化和固體電解質(zhì)界面（SEI）膜的形成與分解. 隨著循環(huán)的進行， Celgard和純PAN隔膜組裝的對稱電池在150 h的電勢分別持續(xù)超過50 mV和70 mV， 并且均在200 h后開始出現(xiàn)明顯不穩(wěn)定的電壓波動， 這可能是鋰枝晶生長引起內(nèi)部微短路導(dǎo)致的. 相比之下， 使用MoS2@PAN復(fù)合隔膜組裝的對稱電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能， 可穩(wěn)定運行500 h， 沒有產(chǎn)生電位波動， 這表明鋰枝晶的生長得到了有效的抑制.

此外， 組裝LFP/Li電池并測試了不同隔膜對電池倍率性能和循環(huán)性能的影響. 由圖8（A）可見， 在2C的電流密度下， MoS2@PAN復(fù)合隔膜組裝的電池在經(jīng)過550次循環(huán)后， 放電容量保持率高達90%； 而Celgard 隔膜組裝的電池在經(jīng)過100 次循環(huán)后放電容量急劇下降， 循環(huán)300 次后放電容量保持率僅為58%； PAN隔膜組裝的電池在循環(huán)150次后放電容量顯著下降， 循環(huán)500次后放電容量保持率為60%.MoS2@PAN復(fù)合隔膜組裝的電池顯示出更高的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性.

Fig.8 Cycling stability at 2C(A), rate capability(B), electrochemical impedance spectroscopy before(C) and after(D) 300 cycles at 2C of LFP/Li cells assembled with MoS2@PAN(a), Celgard(b)and PAN(c) separatorsInsets of （C） and （D）： equivalent circuit model.

倍率測試性能結(jié)果如圖8（B）所示. 使用MoS2@PAN復(fù)合隔膜的電池在倍率恢復(fù)到2C后放電容量可以恢復(fù)， 表明在高電流密度下， 隔膜/鋰負極界面在經(jīng)歷大的Li+通量后仍可以自我調(diào)節(jié)來適應(yīng)不同的電流密度. 而使用 Celgard 和PAN隔膜的電池表現(xiàn)出較差的倍率性能. 使用MoS2@PAN 復(fù)合隔膜的電池表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能和倍率性能可以解釋為， MoS2的存在提高了Li+遷移數(shù)， 降低了Li+擴散電阻， 提高了活性物質(zhì)的利用率.

Fig.8（C）和（D）示出了由不同隔膜組裝的全電池循環(huán)測試前后的電化學阻抗譜， 插圖為相應(yīng)的等效電路， 其中R0（Ω）為歐姆阻抗，Rint（Ω）為界面阻抗， CPE1和CPE2為恒相元件. 從圖8（C）可以看出，MoS2@PAN 復(fù)合隔膜組裝的電池在循環(huán)前表現(xiàn)出與其優(yōu)異的電化學性能一致的低界面阻抗（181 Ω），而Celgard和PAN隔膜組裝的電池循環(huán)前界面阻抗分別達到了237和304 Ω. 循環(huán)300次后， MoS2@PAN復(fù)合隔膜組裝的電池界面阻抗降低為114 Ω， 但Celgard和PAN隔膜組裝的電池界面阻抗分別增大到了354和630 Ω［圖8（D）］. MoS2@PAN 復(fù)合隔膜組裝的電池具有較低的界面阻抗且循環(huán)后界面阻抗有所降低， 可以解釋為良好電解質(zhì)親和性MoS2的存在提升了離子電導(dǎo)率和Li+遷移數(shù)， 這可以極大地促進電極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移， 使鋰離子得到了均勻的沉積/剝離， 抑制了鋰枝晶的形成. 相比之下，Celgard和PAN隔膜組裝的電池在多次循環(huán)后SEI層不斷被消耗， 產(chǎn)生了鋰枝晶和死鋰， 增加了電池電阻， 這也與Cu/Li非對稱電池和Li/Li對稱電池的測試結(jié)果相符.

為進一步驗證MoS2@PAN復(fù)合隔膜對鋰枝晶生長的影響， 拆解了循環(huán)后的Li/Li對稱電池， 并通過SEM 觀察了鋰金屬負極的表面形態(tài). 可以清楚地觀察到， 使用Celgard 和純PAN 隔膜的電池鋰金屬負極表面有不規(guī)則的凸起和凹陷［圖9（A）和（B）］， 產(chǎn)生類似苔蘚狀的死鋰， 這可歸因于鋰離子的不規(guī)則沉積. 相反， 使用MoS2@PAN復(fù)合隔膜的電池鋰負極表面非常光滑平坦［圖9（C）］， 驗證了MoS2@PAN復(fù)合隔膜可以有效改善鋰離子的不均勻沉積， 進一步證明該隔膜對鋰枝晶的形成和生長具有顯著的抑制作用.

Fig.9 SEM images of Li anodes in Li/Li cells with Celgard(A), PAN(B) and MoS2@PAN(C) separators after cycling for 500 h, and LFP/Li batteries equipped with MoS2@PAN composite separators after cycling(D) and its enlarged view(E)

此外， 本文還拆解了循環(huán)后的MoS2@PAN復(fù)合隔膜組裝的LFP/Li電池， 并對復(fù)合隔膜進行了SEM表征. 從圖9（D）和（E）中可以清楚地看到， 纖維和納米片上有少許的白色點狀物， 這應(yīng)該是電解液中的鹽類殘留. 與循環(huán)前相比， MoS2納米片的表面變得更加粗糙， 邊緣變得更加鈍化， 這可能是電解液的溶脹作用及循環(huán)充放電過程中鋰離子反復(fù)擴散、 遷移導(dǎo)致的； PAN纖維的直徑幾乎未變， 由于電解液的溶脹使纖維間的粘連結(jié)構(gòu)增多， 總體上復(fù)合隔膜的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯改變.

Fig.10為MoS2@PAN 復(fù)合隔膜和PAN 隔膜的鋰離子通量分布示意圖. 由于復(fù)合隔膜優(yōu)異的電解質(zhì)親和力有助于在循環(huán)過程中在整個鋰金屬區(qū)域上均勻分布鋰離子通量， 而且復(fù)合隔膜上的MoS2納米片的親鋰特性可以充當選擇性離子篩， 限制較大尺寸陰離子的擴散， 這增加了Li+的遷移數(shù)， 有助于鋰離子進行均勻的沉積/剝離. 相反， PAN隔膜由于沒有這樣的離子調(diào)節(jié)行為， 在長期的鋰沉積/剝離過程中導(dǎo)致不受控制的鋰枝晶的形成.

Fig.10 Schematic illustration of Li+ flux distribution through MoS2@PAN(A) and PAN(B) separators

3 結(jié)論

分別利用化學插層法和靜電紡絲技術(shù)制備MoS2納米片和PAN纖維膜， 然后在PAN纖維膜上簡單噴涂MoS2納米片來制備表面改性MoS2@PAN 復(fù)合隔膜. MoS2可以提高離子電導(dǎo)率， 促進Li+在界面處的快速遷移， 并重新分配鋰離子流的分布， 從而抑制鋰枝晶的形成. 因此， 使用這種復(fù)合隔膜組裝的Li/Li 對稱電池可以在14 mV 的低極化電壓下穩(wěn)定循環(huán)500 h， 實現(xiàn)了無枝晶、 均勻的鋰沉積. 同時，MoS2@PAN復(fù)合隔膜組裝的LFP/Li電池在2C的倍率下循環(huán)550次后仍保持92%的初始容量. 該復(fù)合隔膜的制備方法簡單， 適合大批量制備， 為推動鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了一種新思路.