《表2 不同元素改性隔膜电池的循环性能Table 2 Cycling performance of cells with separator modified by different element

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《锂硫电池隔膜改性研究进展》

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值得注意的是，元素掺杂碳材料的工艺操作复杂，通常需多种化学材料反应制得，并且出于对环保、安全性的考虑，原材料的选择也至关重要。因此，研究者试着对原始隔膜进行直接元素掺杂，探究其对电池性能的影响。Li等[44]将隔膜置于等离子发生器中，发现通入O2的时间直接影响着隔膜的性能。他们认为通氧时间太短，隔膜表层不能引入足够多的带负电荷的含氧官能团（如-COOH和-OH），但通氧时间太长（≥2min）会破坏隔膜的结构，从而降低锂硫电池的性能。这种对隔膜进行直接元素掺杂处理的方式可以大大减小电池的质量，为高性能轻质锂硫电池的研究提供新思路。元素掺杂改善电池循环性能如表2所示。显然，N、S、O元素掺杂改性后隔膜电池的循环性能显著提高。B元素在元素周期表中与碳相邻，是缺电子原子，因此具有很强的吸电子性能。将其掺杂到碳材料中，B原子会吸引碳原子的电子，导致碳原子之间的共价键断裂，碳骨架结构重新排列，从而提高碳材料的导电性[45-46]。现今许多研究者用B来改进锂硫电池的正极，电化学测试显示B掺杂正极材料比N掺杂对苯二酚隔膜的改性效果更明显[47-48]。而P元素与N元素类似，可以作为碳材料电子供给体。研究者发现基于硫与P官能团的良性互动，正极材料上的硫和碳基之间所形成的强界面耦合可以使聚硫化物分子优先吸附在碳材料上，能削弱聚硫化物的扩散并增加硫的利用率[49]。因此，未来可以考虑利用B、P元素的嵌入对隔膜进行改性研究。