宁波工程学院新能源学院储能实验室联合德国亥姆霍兹柏林中心、三峡大学、安徽工业大学等单位近日在锂硫电池隔膜领域取得了重要进展，研究成果“Safe, Facile, and Straightforward Fabrication of Poly(N-vinyl imidazole)/Polyacrylonitrile Nanofiber Modified Separator as Efficient Polysulfide Barrier Toward Durable Lithium–Sulfur Batteries”发表在材料科学领域的Top期刊《Advanced Functional Materials》。该研究团队开发了一种新型改性隔膜，通过静电纺法在PP隔膜上制备聚（N-乙烯基咪唑）（PVIM）与聚丙烯腈（PAN）复合纳米纤维涂层。

该论文的第一作者是新能源学院储能团队的林陈晓副研究员，宁波工程学院是第一完成单位。

锂硫电池是一种新兴的高能量密度储能技术，因其理论比容量高达1675 mAh/g和能量密度约2600 Wh/kg，远超传统的锂离子电池。然而，锂硫电池在实际应用中面临诸多挑战，包括硫正极的导电性差、多硫化物在电解液中的穿梭效应，以及锂负极的不稳定性，这些问题导致了容量衰减快、循环寿命短等难题。近年来，研究者们通过开发导电材料、优化电解液和设计先进电极结构等方式来提升锂硫电池的性能。传统的非极性隔膜难以有效抑制多硫化物的穿梭效应，且现有的改性方法如功能涂层和中间层的制造工艺复杂且成本较高，限制了其大规模应用。

本研究团队通过一种简便的静电纺丝策略，构建了一种聚乙烯咪唑/聚丙烯腈（PVIMPAN）纳米纤维改性的Celgard隔膜，并将其用作Li-S电池的多硫化物屏障。PVIM中的极性咪唑基团能够有效捕获多硫化物和TFSI⁻阴离子，阻止多硫化物的扩散。与商业化的Celgard隔膜（0.20）相比，所开发的PVIMPAN隔膜的Li⁺迁移数显著提高，达到0.60。由于隔膜中咪唑基团的存在，使锂离子能够在膜中均匀传输，显著提高了锂金属的沉积和剥离均匀性。实验结果表明，该改性隔膜显著提升了锂硫电池的电化学性能和循环寿命，为解决锂硫电池多硫化物穿梭效应提供了一种高效、简便且经济的策略，展示了PVIM在液态电解液锂硫电池应用中的巨大潜力。将PVIMPAN隔膜组装成锂硫电池后，在1 C （25 °C）条件下循环500 次后，放电容量可达786.0 mAh g^-1，库仑效率接近100%。

全文链接：

Lin C, Feng P, Wang D, et al. Safe, Facile, and Straightforward Fabrication of Poly(N-vinyl imidazole)/Polyacrylonitrile Nanofiber Modified Separator as Efficient Polysulfide Barrier Toward Durable Lithium–Sulfur Batteries[J]. Advanced Functional Materials, 2024: 2411872.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202411872.