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Li-S 电池研究进展:路易斯酸型Li2B4O7嵌入碳纤维做双功能阻挡层用于Li-S电池
发布者: 陈元振 | 2022-07-13 | 6474

路易斯酸型Li2B4O7嵌入碳纤维做双功能阻挡层用于Li-S电池链接关注微信公众号“谈碳录

 

 

锂硫电池以其极高的理论能量密度(2600 Wh·kg-1)成为可能解决续航焦虑的二次电池。然而,将其应用于大规模商业用途仍然存在着几大难点。一是正极活性材料电导率很低,在提高锂硫电池的载量时,巨大的内阻将造成严重的极化。二是充放电过程中的体积膨胀,锂硫电池放电产物Li2S的密度约为硫的82.3%,在不断的充放电过程中,电池正极将经历不断地体积变化,会对电极结构造成破坏。三是放电中间产物多硫化锂溶于醚类电解液,在电场和浓度梯度的作用下,多硫化锂将穿梭至负极。这些问题将减慢锂硫电池反应动力学,活性物质利用率低,电池容量迅速下降等。为了解决以上问题,需要提高正极的导电性,缓解体积膨胀,以及控制穿梭效应。

日前,西安交通大学材料学院陈元振副教授团队基于静电纺丝技术,制备了Li2B4O7嵌入型碳纤维膜,并将其应用于锂硫电池中间层,能有效提高锂硫电池的电化学性能。三维连续碳纤维导电网络降低了电池内阻,减弱极化现象;得益于无纺碳纤维结构,这种纤维膜能提供大量空间以容纳充放过程中的体积膨胀;此外,具有Lewis acid特性的缺电子性Li2B4O7纳米颗粒对多硫化锂(Lewis base)具有一定的化学吸附作用,使得游离于电解液中的多硫化锂富集在碳纤维骨架参与反应。Li2B4O7不仅具有缺电子性,在碳的还原作用下,还表现出氧空位的特征,这种电子缺陷对多硫化锂的转化具有催化和促进作用。

LBO-CNF为中间层的锂硫电池,在高达5C的倍率下表现出644 mAh·g-1的可逆比容量,在1C的长循环测试中可提供913.3 mAh·g-1的初始比容量和0.068%的较低的衰减率。这种B系富电子缺陷纳米材料复合碳纤维的策略对缺陷材料的设计具有启发意义,可加速推广锂硫电池的商业应用。

该工作以题为“A dual-Functional Interlayer for Li-S batteries by using Carbon Fiber Film Cladded Electronic-Deficiency Li2B4O7发表在国际著名期刊Journal of Materials Chemistry A 上。DOI:10.1039/D2TA04363G