新型原位保护层技术提升Li-S电池循环性能

络遇
关注

随着人们对化学储能电池能量密度的要求不断提高,传统的锂离子电池已经逐渐无法满足高比能电池的需求,为了进一步提升电池的能量密度,人们开发了多种高能量密度体系,例如Li-O2电池和Li-S电池,其中Li-O2电池的理论比能量可达3600Wh/kg,远高于目前的锂离子电池体系。S的理论比容量达到1672mAh/g,理论比能量达到2600Wh/kg,虽然稍逊色于Li-O2电池,但是Li-S电池的优势是技术成熟度较高,有希望能够在短时间内实际应用。

Li-S电池存在的主要问题有以下几点:1)S和嵌锂产物的电导率很低,限制了其性能发挥;2)嵌锂中间产物多硫化物的溶解和其在正负极之间穿梭的问题,这不仅仅会造成正极活性物质的损失,还会导致低库伦效率;3)嵌锂导致S体积膨胀的问题,可达80%,引起电极结构破坏,容量衰降;4)负极锂枝晶的问题,在充电的过程中金属锂的表面由于电流分布不均匀的问题,会导致锂枝晶的生长问题,这不仅会导致容量衰降,还可能引发严重的安全问题。这其中S的体积膨胀和电导率低的问题已经通过将S与其他导电材料复合的方法得到了解决,目前还需要解决的是嵌锂中间产物的溶解的问题。

近日,来自同济大学的Liming Jin等人利用原位形成保护层技术,在S的表面包覆了一层La2S3吸附封锁层,能够很好的抑制嵌锂中间产物向电解液中溶解,减少穿梭效应,提高电池的循环性能,同时该保护层还能够抑制Li2S的结晶,提高离子电导率。因此使用该技术的Li-S电池在0.2C循环300次后,其容量仍然能够达到803mAh/g,在5C倍率下仍然可以获得410mAh/g的高容量。

实验中Liming Jin将La(NO3)3溶解在电解液中,获得1wt%溶液,通过S电中的嵌锂产物多硫化合物LiPS与La(NO3)3反应获得La2S3表面保护层。为了分析该过程的反应机理,Liming Jin进行了下图所示的试验,向Li2S4的溶液中加入La(NO3)3溶液,经过三个小时后,溶液几乎已经变的澄清了,Liming Jin认为反应机理如下所示。对反应产物的检测也表明,产物为晶体La2S3

下载OFweek,高科技全行业资讯一手掌握

评论

(共0条评论

评论长度不能少于6个字

暂无评论

今日看点

还不是OFweek会员,马上注册
立即打开