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首页 > 学术中心 > 行业资讯 > Adv. Energy Mater:抑制多硫化物溶解的阻燃耐热型锂硫电池隔膜
 

Adv. Energy Mater:抑制多硫化物溶解的阻燃耐热型锂硫电池隔膜

 
发布日期:2018-09-30
 

随着电动汽车锂离子电池(LiBs)需求的快速增长,人们逐渐广泛关注其高比能量密度、低成本和可充电性能。人们普遍认为LiBs的安全性与高度易燃的隔膜和液体有机电解质密切相关,例如,聚丙烯(PP),碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)。目前,对克服易燃物的问题已有大量的研究进展,虽然可有效降低可燃性,但电池火灾风险仍然存在,特别是对于金属过量的锂金属电池。另外,这些电池是主要是传统的LiBs(LiFePO4,LiCoO2,LiMn2O4等),仍然不能满足新一代电池的高能量密度的要求。锂-硫(Li-S)电池比容量高为1675 mA h g-1,有望用于下一代储能。但是,多硫化锂(LiPSs)易溶于电解液,穿梭于正负极之间,从而导致硫化物易于沉积在锂电极上,加快电池的容量衰减和降低电池的库伦效率,阻碍了商业化Li-S电池的应用。因此,实际应用Li-S电池具有多硫化物(PS)溶解以及易燃硫和聚合物隔膜引起的严重安全问题。

近日,黑龙江大学李强教授和电子科技大学何卫东、熊杰教授团队在国际著名期刊Advanced Energy Materials上发表了题目为“A Nonflammable and Thermotolerant SeparatorSuppresses Polysulfide Dissolution for Safe and Long-CycleLithium-Sulfur Batteries”的文章。在这项工作中,研究者通过电纺聚丙烯腈(PAN)和多磷酸铵(APP)制备了一种有效抑制PS溶解和耐高温性能的阻燃多功能锂离子电池隔膜(PAN@APP),用于稳定安全锂-硫电池。由于APP中含有丰富的胺基和磷酸根,PAN@APP隔膜与PS有很强的结合作用,其中发挥强烈的电荷排斥力以抑制带负电的PS离子和自由基传导。此外,耐火APP在高温下确保电池的稳定性。使用PAN@APP隔膜,Li-S电池在800次循环中的容量保持率为83%。因此,这种智能聚合物隔在稳定安全电池方面表现出潜在的应用前景。


方案1.用于Li-S电池的具有热触发阻燃性能的多功能电纺隔膜的示意图。 a)在工作中,PAN@APP作为有效的多硫化物限制剂。 b,c)热触发后,APP会熔化并覆盖电池表面隔绝空气和热量。


图1. a)PAN(顶部)和APP(底部)的化学结构。 b)APP上Li2Sx的示意图,以及APP和Li-S复合材料的结合能(Li2S8,Li2S6,Li2S4,Li2S3,Li2S2和Li2S)。 c)PAN@APP选定区域中的C,N和P的元素分布图。 d,e)PAN@APP膜SEM和横截面的图像。 插图显示了PAN@APP隔膜的数码照片。 f-h)PP,PAN和PAN@APP隔膜使用双L的渗透装置的渗透实验。


图2. a)PP,PAN和PAN@APP隔膜的阻燃性能。 b)不同隔膜的燃烧时间长度。 c-e)燃烧前后S-PP,S-PAN和S-PAN@APP的宽扫XPS光谱。


图3. a)PP,PAN和PAN@APP隔膜的平均热分析图。 b)PP,PAN和PAN@APP隔膜在不同的温度下Li-S电池循环性能。 c)不同电池在120°C下的自放电行为。 d)75°C时不同电池的长循环容量。


图4. a)在0.1 mV s-1下PAN@APP隔膜的CV曲线。 b)在0.2-2 C之间用PAN@APP隔膜的电池充电/放电曲线。c)PAN@APP倍率性能。 d)在1C下以PP,PAN和PAN@APP为隔膜的电池的循环性能和库伦效率。 e)8000次循环的长期循环稳定性。 f)具有的PAN@APP隔膜的充电/放电曲线。 g)高硫负载量(6mgS cm-2)条件下,PAN@APP隔膜在0.51(0.05 C)至2.01 mA cm-2(0.2 C)的电流密度下的循环稳定性。

 
 
 

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