盡管在鋰-硫（Li-S）紐扣電池層面，各種優異的電催化劑/吸附劑作為硫正極材料取得了顯著進展，但由于在低電解質/硫（E/S）和負/正（N/P）比的條件下，厚硫正極的鋰離子傳輸效率低下，加劇了穿梭效應和緩慢的氧化還原動力學，實用Li-S 軟包電池的高能量密度（WG）仍然受到限制。

在此，中國地質大學楊華明，中南大學唐愛東等人開發出了一種新型三元氟化物 MgAlF₅-2H₂O，它具有超快離子傳導-強多硫化物捕獲功能。MgAlF₅-2H₂O 具有反韋伯斯特型晶體框架，其中[AlF₆]-[MgF₄ (H₂O)₂]八面體單元分別沿[100]和[010]方向延伸形成二維鋰離子傳輸通道。

作為正極硫宿主，由 LiTFSI（鋰鹽鋰鹽電解液）鋰化的 MgAlF₅-2H₂O 可作為快速離子導體，確保在高 S 負載、低 E/S 和 N/P 條件下高效傳輸鋰離子，從而加速氧化還原動力學。同時，強極性的 MgAlF₅-2H₂O 通過化學吸附作用捕獲多硫化物，從而抑制穿梭效應。因此，1.97 A h 級Li-S 軟包電池的 WG 值高達 386 Wh kg^-1。

圖1. 電池性能

總之，該工作通過一步水熱法合成了一種新的三元氟化物 MgAlF₅-2H₂O。MgAlF₅-2H₂O 具有反韋伯斯特型晶體結構，其中[AlF₆]-[MgF₄ (H₂O)₂]八面體單元分別沿[100]和[010]方向延伸形成二維鋰離子傳輸通道。基于 MgAlF₅-2H₂O 的離子導體在 25°C 時表現出 0.84 mS cm^-1 的高離子電導率，其中鋰離子的傳導路徑是沿著[MgF₄ (H₂O)₂]八面體的通道。

作為硫正極宿主，LiTFSI 鋰化的 MgAlF₅-2H₂O 是一種快速離子導體，可確保鋰離子在高 S 負載、低 E/S 和 N/P 條件下，確保鋰離子的高效傳輸，從而加速 Li₂S 氧化還原動力學。同時，強極性 MgAlF₅-2H₂O 通過化學吸附作用捕獲鋰離子，從而抑制穿梭效應。值得注意的是，1.97 A h 級Li-S 軟包電池在低 E/S 條件下可獲得 386 Wh kg^-1 的高 WG。

因此，該項研究提供了一種新型離子導體和一種可大規模生產的新型宿主材料，同時也為天然礦物在電池領域的應用帶來了新的前景。

圖2. 軟包電池的結構及性能

Palygorskite-Derived Ternary Fluoride with 2d Ion Transport Channels for Ampere Hour-scale Li-S Pouch Cell with High Energy Density Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307651