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含硫正极材料原位包裹应用在锂电池制备技术解析

发布时间:2022-09-17 07:18:01人气:
本文摘要:【背景讲解】由于低成本硫负极具备低的理论比容量(1672mAhg-1),因此可充电锂-硫(Li-S)电池被普遍认为不会沦为下一代高密度储能技术有力的竞争者之一。Li-S电池是基于单质硫(S8)与其多硫化物衍生物Li2Sn(1≤n≤8)之间的一系列水解还原成反应展开充放电的二次电池。虽然Li-S电池具备能量密度大,性价比高等优点,但因其内部的多硫化物来回而导致较短循环寿命将容许其将来的实际应用于。

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【背景讲解】由于低成本硫负极具备低的理论比容量(1672mAhg-1),因此可充电锂-硫(Li-S)电池被普遍认为不会沦为下一代高密度储能技术有力的竞争者之一。Li-S电池是基于单质硫(S8)与其多硫化物衍生物Li2Sn(1≤n≤8)之间的一系列水解还原成反应展开充放电的二次电池。虽然Li-S电池具备能量密度大,性价比高等优点,但因其内部的多硫化物来回而导致较短循环寿命将容许其将来的实际应用于。

【成果概述】近日,中科院苏州纳米所陈立桅研究员和华侨大学陈宏大副教授(联合通讯)等人展出了一种不同于常规的硫负极材料包覆的新策略。常规的外壳策略是在硫负极材料颗粒外制取一个包覆层,然后将此材料制取成负极并与电解液等配上装配成电池。

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常规外壳策略不存在一个难以克服的对立:如果材料颗粒在装配电池之前已覆有极致的外壳层,则电解液将无法蔓延入材料内部,从而造成内部的硫无法参予充放电过程(图1b);而如果材料并未被极致外壳,则充放电过程中的中间产物多硫化物仍将从负极材料中扩散出来,导致来回效应(图1c)。在此新的工作中,研究人员预先在碳/硫填充颗粒上生长一层不极致的含孔的预外壳层(在材料制取过程中已完成),后将由此材料制取而出的负极与所含类似添加剂的电解液一起装配成电池。在电解液增生碳/硫颗粒的同时,添加剂将与实外壳层再次发生反应,从而在颗粒外部原位构成颗粒的外壳层(图1d)。

这种原位外壳策略防止了常规手段的弊端,既构建了电解液与材料的增生,同时又容许了多硫化物的蔓延。研究结果表明,使用此新的外壳策略的Li-S电池的库仑效率和循环寿命获得明显提高,电池容量衰减率大于0.03%/每个循环。


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