Interfacial Engineering of Binder‐Free Janus Separator with Ultra‐Thin Multifunctional Layer for Simultaneous Enhancement of Both Metallic Li Anode and Sulfur Cathode

材料科学 分离器(采油) 化学工程 阳极 阴极 纳米纤维 聚丙烯腈 纳米技术 复合材料 电极 聚合物 化学 物理 物理化学 工程类 热力学
作者
Shuanglin Wu,Yingmei Yao,Xiaolin Nie,Zhi‐Long Yu,Yongtae Yu,Fenglin Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (28) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202202651
摘要

Exploring a scalable strategy to fabricate a multifunctional separator is of great significance to overcome the challenges of lithium polysulfides (LiPSs) and dendritic growth in lithium-sulfur batteries (LSBs). Herein, a binder-free Janus separator is constructed by interfacial engineering. At the cathode interface, an ultra-thin covalent triazine piperazine film containing tailorable micropores and adsorption sites is decorated on polyacrylonitrile (PAN) membrane by in situ interfacial polymerization, building a triple barrier for LiPSs. The combination of steric hindrance and chemical adsorption reduces LiPS's migration by 81.85%. Meanwhile, at the anode interface, a fast-ionic conductor Li6.4 La3 Zr1.4 Ta0.6 O12 (LLZTO) is created on the surface of PAN nanofiber by magnetron sputtering to suppress dendrite growth. Even though there is no binder between the ceramic layer and the fibrous separator, sputtering creates an inter-embedded structure that ensures no depowering after cycling. Furthermore, the PAN-based separator displays a high temperature tolerance of 180 °C. Consequently, the cell delivers a high capacity of 1287.9 mAh g-1 at 0.5 C and stable cycling performance with an ultra-low capacity decay rate of 0.059% per cycle over 500 cycles. This work provides a scalable strategy for functionalizing separators to tackle the challenges in LSBs, which is binder-free, stripping-free, and essentially thickening-free.
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