鋰硫電池(Li-S)具有能量密度高、成本低、綠色環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，但也存在著諸多困難，比如硫的電子電導(dǎo)率低，反應(yīng)過(guò)程中的穿梭效應(yīng)引起容量損失，以及由于不耐高溫，在高溫環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致電池的容量衰減、電池?zé)o法正常工作。為了克服這些困難，南京工業(yè)大學(xué)付麗君教授和吳宇平教授課題組提出利用硫化聚丙烯腈復(fù)合材料(SPAN)作為工作電極，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期研制的凝膠聚合物電解質(zhì)，協(xié)同提升鋰硫電池的電化學(xué)性能，尤其是高溫下的電化學(xué)性能，并對(duì)其循環(huán)過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討。日前，該成果發(fā)表在Cell期刊旗下的iscience上。
據(jù)悉，硫化聚丙烯腈復(fù)合物(SPAN)是硫粉和聚丙烯腈混合均勻后煅燒得到的，這種材料有利于提高鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性?！傲蚧郾╇鎻?fù)合物電極與商業(yè)化隔膜(pp膜)組裝的扣式電池，雖然在常溫條件下具有*的電化學(xué)性能，然而隨著溫度的升高，電極穩(wěn)定性明顯降低，無(wú)法在高溫環(huán)境中正常使用。” 付麗君教授介紹，pp膜，也即聚丙烯膜，是一種廣泛商業(yè)化運(yùn)用的隔膜，主要作用是阻隔電子通過(guò)，讓離子通過(guò)。但是其長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中，會(huì)有內(nèi)部短路的情況，造成危險(xiǎn);另外在鋰硫電池中也無(wú)法阻隔多硫化鋰的通過(guò)，導(dǎo)致容量損失和循環(huán)性能、安全性能不佳?！拔覀?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，使用我們實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期研制的一種凝膠聚合物膜來(lái)替換pp膜，能夠提升材料的高溫性能，電極的電化學(xué)性能在常溫、50℃和60℃條件下都優(yōu)于商業(yè)化PP膜。這拓寬了電子器件的使用范圍。另外凝膠聚合物膜具有更好的安全性能。”付教授表示。
“我們實(shí)驗(yàn)室做的凝膠聚合物隔膜成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模合成，非常適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！闭撐牡谝蛔髡?、南京工業(yè)大學(xué)碩士研究生劉宇說(shuō)，“另外，凝膠聚合物隔膜在浸潤(rùn)電解液之后形成凝膠聚合物電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)體系，不僅能具有pp膜的作用，還能夠阻擋多硫化鋰通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極，保護(hù)負(fù)極。從而提升電池的安全性和穩(wěn)定性?！?/p>
而之所以新方法能耐高溫，劉宇解釋說(shuō)，商用化的pp膜的內(nèi)部有少量液體(電解液)，在高溫環(huán)境下不利于電解液的穩(wěn)定，“而我們的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)能很好的避免這個(gè)問(wèn)題，在高溫條件下比較穩(wěn)定——因?yàn)槟z膜吸收電解液凝膠化，就像果凍一樣，這樣就不會(huì)存在液體了。另外，溫度越高，離子傳輸速度加快，多硫化物通過(guò)隔膜越容易。我們的隔膜幾乎不受溫度影響，這種凝膠化結(jié)構(gòu)也能夠很好地避免多硫化鋰的通過(guò)，保護(hù)了負(fù)極?！?/p>
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