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(点击查看介绍:http://www.x-mol.com/university/faculty/12576)团队从2007年就立意研制本征安全的锂硫电池,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,而且保留并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(0.5 mA cm-2/1.0 mAh 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.,该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。
该论文作者为:Huijun Yang, Cheng Guo, Jiahang Chen, Ahmad Naveed, Jun Yang, Yanna Nuli, Jiulin Wang
原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):
Intrinsic Flame-retardant Organic Electrolyte for Safe Lithium-Sulfur Batteries
Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/10.1002/anie.201811291
导师介绍
王久林: http://www.x-mol.com/university/faculty/12576
来源:X-MOL