【摘 要】
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随着能源供应的紧张,人们在大力发展可再生能源的同时,也在寻求更高效、安全及低成本的储能设备。锂硫电池因其极高的理论比容量(1675 m Ah g–1)等优势成为新型储能电池的优秀候选。但锂硫电池本身存在的多硫化物穿梭等问题阻碍了其实际应用。本文基于芳纶纳米纤维（ANF）优异的耐热性和纳米氧化钨（WO3）的催化性设计了纳米氧化钨负载芳纶纳米纤维（WO3@ANF）夹层以及替代隔膜,探究了夹层和替代隔膜
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随着能源供应的紧张,人们在大力发展可再生能源的同时,也在寻求更高效、安全及低成本的储能设备。锂硫电池因其极高的理论比容量(1675 m Ah g–1)等优势成为新型储能电池的优秀候选。但锂硫电池本身存在的多硫化物穿梭等问题阻碍了其实际应用。本文基于芳纶纳米纤维（ANF）优异的耐热性和纳米氧化钨（WO3）的催化性设计了纳米氧化钨负载芳纶纳米纤维（WO3@ANF）夹层以及替代隔膜,探究了夹层和替代隔膜的热稳定性、电解液润湿性、对多硫化物穿梭的抑制效果以及应用于锂硫电池后对电池充放电性能等方面的影响。主要研究内容如下:（1）针对聚烯烃隔膜热稳定性差和锂硫电池多硫化物穿梭问题,通过隔膜表面修饰WO3@ANF夹层,改善复合隔膜的热稳定性及抑制多硫化物穿梭。在ANF上原位负载具有催化性能的纳米WO3,并直接刮涂在商用聚乙烯隔膜（PE）表面,制备得到WO3@ANF/PE复合隔膜,其夹层结构致密、厚度可控。WO3@ANF/PE复合隔膜在物理阻隔和化学吸附多硫化物的同时提高活性物质硫的利用率,改善隔膜自身热稳定性和对电解液的亲和性。WO3@ANF/PE隔膜组装的锂硫电池在0.1 C到4 C的变速率测试下,电池容量保持率较商业隔膜组装的电池提高83.4%。（2）WO3@ANF夹层能够有效抑制多硫化物的穿梭和综合提升电池性能,但夹层无法根本解决PE基膜的缺陷,因此进一步利用ANF优异的自成膜性,采用直接挥发法制备多孔替代隔膜。在挥发成膜过程中,通过选择不同极性的分散剂,优化所得多孔膜的孔径和孔隙率。采用乙酸乙酯（Et Ac）直接挥发制备的WO3@ANF-Et Ac隔膜可促进锂离子扩散,其较为致密的结构有助于抑制多硫化物的穿梭。此外,WO3@ANF-Et Ac隔膜还表现出优异的热稳定性和电解液亲和性。WO3@ANF-Et Ac隔膜组装的电池在0.5 C时初始比容量为941.8 m Ah g–1,较PE隔膜组装的电池提高15%,倍率性能同样有所提高。同时WO3@ANF-Et Ac隔膜能有效促进锂离子的均匀沉积,提高锂硫电池的电化学性能和安全性能。
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