通訊作者：南策文，沈洋，任耀宇

通訊單位：清華大學

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锂硫（Li-S）電池因其高理論容量而備受關注，但受限于緩慢的Li2S動力學，導致速率能力和循環穩定性不佳。

本研究設計並制造了一種富含磺酸基團的液晶聚合物（PBDT），以加速Li2S的沉積，通過促進電解液中Li+的去溶劑化。使用PBDT改性的商業聚丙烯（PP）隔膜組裝的Li-S電池展現出顯著的倍率容量（4C時爲761 mAh g-1）和循環穩定性（0.5C下500個循環平均衰減率爲每循環0.088%）。基于PBDT的軟包電池在貧電解質和高硫負荷條件下甚至展現出約1400 mAh g-1的卓越容量和約11 mAh cm-2的面容量，顯示出實際應用的潛力。

通過拉曼光譜、分子動力學（MD）和密度泛函理論（DFT）計算的結果揭示了PBDT中豐富的陰離子磺酸基團通過減弱Li+-溶劑相互作用並降低脫溶劑能壘來幫助Li+去溶劑化。本工作闡明了Li+脫溶劑對Li-S電池的重要性，並爲先進的Li-S電池提供了新的設計方向。

圖文導讀

圖1：PBDT在Li-S電池中的機制示意圖。

圖2：PBDT的結構和組成。

圖3：PBDT對Li+脫溶劑作用的影響。

圖4：使用wo-PBDT和w-PBDT隔膜的Li2S電化學反應動力學研究。

圖5：使用wo-PBDT和w-PBDT組裝的Li-S扣式電池的電化學性能。

圖6：使用w-PBDT隔膜組裝的Li-S軟包電池。

總結展望

本研究通過設計富含磺酸基團的液晶聚合物PBDT，成功實現了對Li+脫溶劑過程的調控，從而顯著提高了Li-S電池的反應動力學。使用PBDT改性隔膜的Li-S電池在4C的高倍率下展現出761 mAh g-1的放電容量，並在0.5C下經過500個循環後，平均容量衰減率僅爲0.088%。

此外，PBDT改性的軟包電池在高硫負荷和低電解液/硫比例條件下，展現出約1400 mAh g-1的可逆容量和約11 mAh cm-2的面容量。這些結果不僅證實了Li+脫溶劑在Li-S電池中的關鍵作用，還爲實現高性能Li-S電池提供了有效的設計策略。

文獻信息

標題：Achieving High-Performance Lithium-Sulfur Batteries by Modulating Li+ Desolvation Barrier with Liquid Crystal Polymers

期刊：Advanced Materials DOI：10.1002/adma.202401473