BaSO4@Ketjen black双层修饰隔膜显著提升锂硫电池电化学性能与安全性

本文创新性地通过BaSO4纳米颗粒中间层在聚乙烯（PE）隔膜上构建Ketjen black（KB）导电碳双层结构，解决了聚烯烃隔膜与KB结合力差的难题。该设计兼具机械增强（抑制锂枝晶）、热稳定性提升（防止热失控）和超高比表面积（吸附多硫化物）三重优势，使锂硫电池（Li-S）在3.0 mg cm?2硫负载下实现85.1%的200次循环容量保持率，为高性能多功能隔膜开发提供新思路。

　　

Highlight

首次通过BaSO₄纳米颗粒中间层在聚乙烯（PE）隔膜上实现Ketjen black（KB）导电碳的均匀沉积，形成具有"阴极侧BaSO₄@KB层/阳极侧BaSO₄层"的双面修饰结构。

Fabrication and characterization of modified separators

如Scheme 1所示，利用水分散性聚丙烯腈（PAN）基共聚物LA133作为"分子胶水"，其亲水端-CN与BaSO₄结合，疏水端则与PE隔膜和KB碳层相互作用，成功构建强界面结合。扫描电镜显示BaSO₄层使PE隔膜表面粗糙度提升3倍，接触角从98°降至25°，而KB层呈现出独特的"纳米枝晶网络"结构，比表面积高达1270 m² g^?1。

Conclusions

BaSO₄中间层使PE隔膜穿刺强度提升200%，热收缩率（160°C）从18.3%降至2.1%，有效抑制锂枝晶穿透；KB层凭借超高比表面积和纳米孔道，将多硫化物吸附量提高4倍，电荷转移阻抗降低85%。该工作为锂硫电池提供了"机械装甲（BaSO₄）+导电陷阱（KB）"的双功能隔膜解决方案。