鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:615次 | 2019年01月16日
黏土礦物超親電解液鋰電池隔膜的研究
鋰硫電池因具有高理論比容量(1675mAhg-1)和能量密度(2600Whkg-1)等優(yōu)點(diǎn),得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注。然而,聚硫化物(Li2Sn,4≤n≤8)穿梭嚴(yán)重和硫?qū)щ娦圆畹葐栴}嚴(yán)重制約了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。目前,針對上述問題研究者們已經(jīng)采取了諸多措施,例如硫復(fù)合電極等。近年研究表明,隔膜對電池性能具有重要影響,包括抑制穿梭、枝晶再生、界面穩(wěn)定性和安全性等。
鋰電池隔膜"/>
最近,中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員張俊平團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種黏土礦物超親電解液鋰電池隔膜。鋰皂石含有豐富的O活性位點(diǎn)和Li+,還具有獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)和較大比表面。鋰皂石首次被應(yīng)用到鋰硫電池中,用于抑制聚硫化物穿梭,并提高隔膜的Li+電導(dǎo)率。
張俊平團(tuán)隊(duì)首次將鋰皂石應(yīng)用到鋰硫電池中。鋰皂石是一種人工合成的類蒙脫石黏土礦物,具有環(huán)境友好和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。鋰皂石呈納米片狀形貌,片寬約25至30納米,片厚約1納米。鋰皂石納米片是由硅氧四面體和鎂氧八面體組成的三八面體晶型結(jié)構(gòu)。三八面體中部分鎂離子被鋰離子取代,因此鋰皂石中含有豐富的鋰離子。
研究表明,該黏土礦物超親電解液隔膜對聚硫化物穿梭具有明顯的抑制作用,同時具有較高的Li+電導(dǎo)率、快速的Li+轉(zhuǎn)移、超親電解液性和較高的熱穩(wěn)定性。將其應(yīng)用于鋰硫電池時,在循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和抑制自放電等方面均表現(xiàn)優(yōu)異。聚硫化物穿梭抑制機(jī)理研究表明,聚硫化物與黏土礦物的O活性位點(diǎn)之間通過形成Li-S鍵和Li···O鍵,從而使聚硫化物的穿梭得到有效抑制。相對于文獻(xiàn)報(bào)道,黏土礦物超親電解液鋰電池隔膜在鋰硫電池中具有明顯優(yōu)越性。此外,該隔膜具有較好的普適性,可通過簡單的涂覆法制備,在LiFePO4和鋰硫電池中均表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。
該研究工作發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》(AdvEnergyMater2018,8,1801778)上,并被選為封面文章(FrontCover)。
以上工作得到中科院“百人計(jì)劃”、國家自然科學(xué)基金、甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體等的支持。