新型原位保护层技术提升Li-S电池循环性能

激光雕刻机 | 2022-08-01
本文摘要:随着对化学储能电池能源密度的拒绝度大幅提高,传统锂离子电池已经不能满足高成本电池的市场需求,为了进一步提高电池的能源密度,开发了Li-O2电池和Li-S电池等多种低能耗密度系统。

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随着对化学储能电池能源密度的拒绝度大幅提高,传统锂离子电池已经不能满足高成本电池的市场需求,为了进一步提高电池的能源密度,开发了Li-O2电池和Li-S电池等多种低能耗密度系统。其中Li-O2电池的理论比能源平均高3600Wh/kg。S的理论认为容量超过1672mAh/g,理论比能源超过2600Wh/kg,略逊于Li-O2电池,但Li-S电池的优点是技术成熟度高,预计短期内需要实际应用。Li-S电池不存在的主要问题包括:1)S和金瓷锂产品的电导率低,性能可以充分发挥。

2)锂中间产物多硫化物的沉淀和往返阳极的问题不会造成阴极活性物质的损失,也不会降低库仑效率。3)由于插入锂,S体积收缩问题平均为80%,导致电极结构破坏,容量减少。(4)阴极锂枝晶问题,电池过程中金属锂的表面由于电流分布不均的问题,不会引起锂枝晶的生长问题,这不仅不会导致容量衰减,还会引起相当严重的安全问题。其中S的体积收缩和电导率低的问题已经通过对S和其他导电物质充电的方法解决了问题,目前需要解决的问题是金瓷锂中间产物的沉淀问题。

最近,来自同济大学的LimingJin等人利用原地构成保护层技术,在S表面涂上La2S3导电屏蔽层,锂中间产物沉淀在电解质中,可提高往返效果,提高电池的循环性能,该保护层应引导Li2S的晶体,提高离子电导率。因此,该技术使用的Li-S电池在0.2C周期300次后仍需超过803mAh/g,在5C比例下仍可获得410mAh/g的大容量。

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实验中,李明津将La(NO3)3沉淀在电解质中,获得1wt%溶液,通过S电的金字锂产物多硫化合物LiPS和La(NO3)3反应获得La2S3表面保护层。为了分析这一过程的反应机制,LimingJin展开了右图的实验,将La(NO3)3溶液重新放入Li2S4溶液中,3小时后溶液出现完全反反应,LimingJin指出,反应机制与右图相同。指出对反应产物的检查也是晶体La2S3。


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