鋰硫電池，以單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰為負極，理論比能量可達2600Whkg-1，是傳統(tǒng)鋰離子電池的3~5倍，且由于單質(zhì)硫在地球中儲量豐富、價格低廉，因此被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮弑饶芰慷坞姵伢w系之一。然而，由于鋰硫電池在充放電過程中產(chǎn)生的聚硫化物易溶于電解液，并通過隔膜到達金屬鋰負極，進而產(chǎn)生嚴重的“穿梭效應”，引起活性物質(zhì)損失、硫化物沉積不均，導致電池循環(huán)性能變差。

基于以上問題，中國科學院青島生物能源與過程研究所先進儲能材料與技術研究組研究人員從鋰硫電池隔膜改性入手，在碳納米管（CNT）表面引入過渡金屬化合物CoNi1/3Fe2O4（CNFO），成功制備出CNFO@CNT納米復合材料，并通過真空抽濾方式將其均勻涂布到商用隔膜表面。受益于CNFO的強極性吸附作用和CNT的導電作用，該改性隔膜可以有效吸附正極溶出的聚硫化合物并加以循環(huán)再利用。CNFO@CNT納米復合材料制備示意圖如下圖（a）所示。

將CNFO@CNT改性隔膜應用于鋰硫電池中，實驗結(jié)果證明在2.0C下常溫循環(huán)250圈后容量保持率高達84%。不僅如此，研究人員將改性后的鋰硫電池置于高溫60℃中測試其循環(huán)穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在CNFO較強的化學吸附作用下，0.5C經(jīng)過100圈循環(huán)后，容量保持率依然能夠達到78%，并保持98%以上的庫倫效率。該改性材料相比CNT改性隔膜，無論是常溫還是60℃高溫，對鋰硫電池的倍率及循環(huán)穩(wěn)定性都有較大的提升。

相關成果已發(fā)表在ACSAppliedMaterials&Interfaces（TaoLiu,etal,JianfeiWu*.doi：10.1021/acsami.9b02136）上。此外，以固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)電解液的全固態(tài)鋰硫電池可以從根本上解決聚硫化物的溶解難題，研究組在目前開發(fā)的鋰硫電池和高電導率硫化物固體電解質(zhì)的基礎上，下一步將繼續(xù)開發(fā)高性能鋰硫全固態(tài)電池，相關成果已在J.Mater.Chem.A（2018,6,23486–23494），Electrochim.Acta（2019,295,684-692）等期刊發(fā)表，研究成果得到中科院率先行動百人計劃、國家自然科學基金、青島能源所-大連化物所融合基金項目的支持。

（a）CNFO@CNT納米復合材料制備示意圖；（b）CNFO@CNT納米復合材料紫外吸收光譜圖；（c）鋰硫電池高溫循環(huán)性能