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復(fù)旦王永剛/李偉AM：通過(guò)富含磺酸酯的COF改性隔膜實(shí)現(xiàn)高性能鋰硫電池

鋰硫(Li-S)電池在下一代高能量密度設(shè)備方面具有廣闊的前景；然而，多硫化物穿梭和鋰枝晶生長(zhǎng)嚴(yán)重阻礙了它們的商業(yè)生產(chǎn)。

復(fù)旦大學(xué)王永剛、李偉等人設(shè)計(jì)、合成了一種富含磺酸酯的共價(jià)有機(jī)骨架（SCOF-2）并用于改性鋰硫電池的隔膜，以解決上述挑戰(zhàn)。

圖1 機(jī)理分析

研究發(fā)現(xiàn)，與濃縮磺酸基團(tuán)相連的SCOF-2可以作為離子篩，用于排斥多硫化物陰離子，吸附分子LiPS，同時(shí)促進(jìn)Li⁺遷移。與無(wú)/單磺酸酯COF相比，SCOF-2具有更強(qiáng)的電負(fù)性和更大的層間距，這可以促進(jìn)Li⁺遷移并減少鋰枝晶的形成。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算和原位拉曼分析表明，SCOF-2具有窄帶隙和與硫物質(zhì)的強(qiáng)相互作用，從而抑制自放電行為。

圖2 材料結(jié)構(gòu)及形貌表征

結(jié)果，改進(jìn)后的電池在1 C下800次循環(huán)中提供了每循環(huán)0.047%的超低衰減率，以及優(yōu)異的抗自放電行為，擱置1周后容量衰減6.0%。

此外，即使使用高硫負(fù)載正極（3.2–8.2 mg cm^-2）和貧電解液（5 μL mg^-1），電池在100次循環(huán)后仍表現(xiàn)出約80%的容量保持率，顯示出巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。

圖3 自放電性能及高硫負(fù)載性能

Towards High Performance Li–S Batteries via Sulfonate-Rich COF-Modified Separator. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105178

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