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固态电解质提高电池安全性能技术研究

点击: 65772  编辑:KPL比赛竞猜 时间:2020-11-19

【章节】锂硫电池由于具备低的理论能量密度而受到研究人员的普遍注目。向锂硫电池体系中引进固态电解质,不仅能诱导多硫化物的来回效应及其造成的库仑效率上升及容量波动等问题,还能解决问题循环充放电过程中构成的锂枝晶造成的安全隐患。要提升锂硫电池的循环稳定性,就必须在了解解读固态电解质的构成机理及导电机制的基础上,研发同时具备低的离子选择性及低的锂离子电导率的固态电解质材料。【成果概述】近日,美国麻省理工学院的李巨教授、AkihiroKushima助理教授和南京航空航天大学的张校刚教授(联合通讯作者)及徐桂银博士(第一作者)等使用锂硫电池常用的醚基电解质(DOL/DME)溶液,用硝酸酸化的碳纳米管纸(以下分别用CNTP和ACNTP回应酸化处置前、后的碳纳米管纸)诱导1,3-二氧戊环(DOL)展开阳离子原位单体,在ACNTP表面原位分解了柔性、可治愈的固态电解质薄膜。

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这种固态电解质薄膜具备高度的离子选择性,能将可溶性多硫化物密封在负极室,但容许锂离子的双向通过,从而有效地诱导了来回效应,并提升了锂硫电池的循环寿命。以金属锂作为负极,以阻抗硫的活性炭(AC/S)作为负极,使用常用的醚基电解质溶液(DOL/DME),并以PP/ACNTP/PP(PP为聚丙烯)三明治结构作为隔膜包含的扣式电池,在电化学测试中展现出出有较好的循环稳定性:当充放电倍率为1C(1675mA/g)时,其初始比容量为683mAh/g,在循环充放电400圈后仍维持有454mAh/g的静电比容量。该锂硫电池的库仑效率高约99%,平均值每圈循环预示的容量波动仅有为0.1%。

该研究成果以“Adhocsolidelectrolyteonacidizedcarbonnanotubepaperimprovescyclelifeoflithium–sulfurbatteries”为题,公开发表在Energ.Environ.Sci.上。【图文简介】图1.ACNTP诱导DOL的阳离子原位单体(a)纵横交错的钢筋网。

向钢筋网上灌入液态混凝土并使之烧结,才可获得牢固的钢筋-混凝土结构。(b)ACNTP在醚基电解质(DOL/DME)溶液中诱导DOL再次发生阳离子原位单体的过程示意图。(c)并未认识电解质溶液的ACNTP;(d)与电解质溶液认识后构成的ACNTP/固态电解质填充结构;(e)经过循环充放电后的ACNTP/固态电解质的SEM图像。图2.固态电解质的机械性能测试用SEM中的纳米操控探针对ACNTP上原位分解的固态电解质展开(a)划痕实验;(b)剪切实验。

图3.电化学性能密切相关(a)锂硫电池体系中所含ACNTP时AC/S负极的循环伏安曲线,扫瞄速度为0.2mV/s。(b,c)充放电倍率为0.5C时,AC/S负极、所含CNTP及ACNTP时的AC/S负极的(b)第10圈恒流充放电曲线;(c)宽循环稳定性能。

(d)充放电倍率为1C时,所含ACNTP时AC/S负极的长循环稳定性能及库仑效率。-KPL比赛竞猜。

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