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化院王久林教授团队在本征安全锂硫电池研究取得进展

2018-11-23


  因其理论能量密度高和硫资源丰富,锂硫电池代表下一代高能电池发展方向。通过多种综合策略,锂硫电池的电化学性能得到了显著地提升。然而,安全问题仍然是限制其实际应用的瓶颈之一。这主要源于电池中高度易燃的有机溶剂和硫正极(黑火药),以及循环过程中形成的高度活泼锂枝晶。如何构建本征安全的锂硫电池,同时不牺牲其电化学性能,是锂硫电池推向实际应用进程中的主要挑战。
  上海交通大学王久林研究员团队从2007年就着手研究高安全锂硫电池,创制的S@pPAN硫复合正极材料具有本征不燃优点(热裂解的PAN为固体阻燃剂),并采用多种阻燃添加剂消除了有机溶剂燃烧隐患(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 10099;Chem. Commun., 2014, 50, 7011;J Power Sources 2013, 223, 18)。为确保锂硫电池在充放电循环全周期安全,该团队进一步采用阻燃剂作为电解质溶剂成分(Chem Commun, 2018, 54, 4132)。
  近期,该团队在本征安全锂硫电池研究方面获得了新的突破。采用双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)溶于磷酸三乙酯(TEP)和高闪点氟代醚1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(体积比1:3)获得了饱和电解液,其中锂盐浓度:1.1mol/L。相比于高盐浓度体系,该电解液体系具有低成本、低黏度等优点,而且进一步增强了高盐浓度体系对锂负极的保护。该本征阻燃电解液(IFR)具有优异的锂金属沉积溶出效率(高于99%),获得无枝晶的锂沉积形貌,即有效地消除了金属锂负极可能存在的安全隐患。在常温下锂对称电池(0.5mA cm-2/1.0mAh cm-2)寿命超过2400小时(100天)。在高温(60°C)测试条件下获得了微米级而且致密的锂沉积形貌。与高硫含量(52.6 wt%)的S@pPAN正极匹配时,60°C下正极材料比容量(840.1 mAh g-1,基于整个复合材料计算)和高的硫利用率(95.6%)。该体系的优点在于60°C高温条件下,实现了安全特性和电化学性能协同提升效应。
  相关工作已经在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.,文章第一作者为硕士研究生杨慧军,通讯作者为王久林研究员。该工作获得了国家自然基金委重点项目资助(21333007, U1705255)。文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201811291





  

撰稿:杨慧军






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