南京大学团队制备新型锂硫电池隔膜 实现超长循环寿命 具有超低容量衰减率
时间:2018-11-06 17:30来源:材料牛 作者:综合报道
点击:
次
锂硫电池因其超高的超高的理论能量密度(≈2600Wh kg -1)被广泛地认为是未来大规模储能领域应用发展的方向。然而，Li枝晶的生长和多硫化物的穿梭效应严重阻碍了它们的实际应用。Li的不均匀电沉积导致Li枝晶生长是锂二次电池中的典型问题，其将产生一系列的不良影响，包括副反应增加，枝晶中死Li的演变，极化增加和体积变化。更糟糕的是，Li枝晶的持续生长最终会刺穿隔膜，从而导致内部短路和安全隐患。多硫化物穿梭是Li-S电池中的常见现象。具体而言，由硫正极产生的可溶性中间体多硫化物可以通过隔膜到达锂负极并与锂金属反应，在阳极表面形成不溶的Li2S和Li2S2，导致Li金属阳极表面钝化和活性硫的损失。已经开发了许多策略致力于解决上述问题。其中隔膜改性一个很有前景的方案，因为隔膜是电池中不可或缺的部件。电池隔膜不仅可以作为电子绝缘体，防止两个电极直接接触，还可以控制载体离子的传输。因此，开发具有抑制锂枝晶和多硫化物穿梭的隔膜对于实现高能量密度，长稳定循环的锂硫电池十分重要的。
【成果简介】
近日，南京大学周豪慎教授团队(通讯作者)报道了以HKUST-1纳米粒子为装配单元，以PVDF-HFP为粘结剂，设计制备了具有良好柔韧性的金属有机骨架膜(MOF @ PVDF-HFP)。所制备的MOF @ PVDFHFP电池隔膜显示出良好的柔韧性，并且可以被认为是有效地限制阴极侧中的多硫化物中间体的良好物理屏障。 同时，即使在超高电流密度(10 mA cm-2)下，MOF @ PVDF-HFP隔膜也可以实现稳定的锂沉积/剥离。在Li-S纽扣电池中引入MOF @ PVDF-HFP隔膜后，实现了超长循环寿命，具有超低的容量衰减率。更重要的是，由MOF @ PVDF-HFP隔膜组装的具有高硫负载量的柔性Li-S软包电池在不同的弯曲形状下表现出优异的稳定性，进一步说明了MOF @ PVDF-HFP膜在实际应用中的潜在可能性。相关研究成果“Simultaneously Inhibiting Lithium Dendrites Growth and Polysulfides Shuttle by a Flexible MOF-Based Membrane in Li–S Batteries”为题发表在Advanced Energy Materials上。
【图文导读】
图一具有不同电池隔膜的锂硫电池示意图
(a)使用常规隔膜
(b)使用MOF @ PVDF-HFP隔膜
图二MOF @ PVDF-HFP膜的制备过程和表征
(a)柔性MOF @ PVDF-HFP膜的制造示意图
(b)柔性MOF @ PVDF-HFP隔膜的数码照片
(c)MOF @ PVDF膜的顶视FE-SEM图像及元素映射
(d)MOF @ PVDF-HFP分离器的侧视FE-SEM图像
(e)在放电过程中具有不同隔膜的可见H型Li-S电池的光学图像
图三具有不同分离器的Li // Li对称电池中的Li剥离/沉积性能。
(a)使用和不使用MOF @ PVDF-HFP隔膜的Li沉积/剥离稳定性的比较
(b)在电流密度为2mA cm-2的1000次循环后，具有不同隔膜的Li // Li对称电池的数码照片
(c-f)使用PP隔膜和MOF @ PVDF-HFP隔膜循环Li-金属电极的顶视图和侧视SEM图像。
(g)具有MOF @ PVDF-HFP隔膜的Li // Li对称电池在10mA cm-2的高电流密度下的循环稳定性，在1000h内的面积容量为5mA h cm-2。
(h)具有MOF @ PVDF-HFP隔膜的Li // Li对称电池的Li沉积/剥离行为，在0.5至20mA cm-2的各种电流密度下。
图四Li-S电池的电化学性能
(a)具有和不具有MOF @ PVDF-HFP隔板的Li-S电池在0.1至3C的各种电流密度下的倍率性能
(b)具有MOF @ PVDF-HFP隔板的Li-S电池在0.1至3C的各种电流密度下的电压分布
(c)使用和不使用MOF @ PVDF-HFP分离器的Li-S电池的循环性能的比较
(d)使用MOF @ PVDF-HFP隔膜在2C的高电流密度下的Li-S电池的长循环性能
(e)具有MOF @ PVDF-HFP隔膜的柔性Li-S软包电池的内部结构示意图
(f)柔性Li-S软包电池的循环性能。。
【小结】
总之，通过简单的真空过滤策略制造了具有良好柔韧性的MOF @ PVDF-HFP膜。 MOF颗粒的高度均匀的孔径使得Li +通量均匀性提高，从而从根本上抑制了Li枝晶的生长。具有MOF @ PVDF-HFP膜的Li // Li对称电池即使在超高电流密度(10mA cm-2)下在连续的Li沉积/剥离工艺期间表现出优异的稳定性。此外，由于MOF纳米粒子的孔径较窄，MOF @ PVDF-HFP膜作为抑制多硫化物穿梭的有效屏障，实现了超长循环寿命的Li-S纽扣电池，具有超低容量衰减。此外，在各种弯曲状态下具有高硫负载量(5.8 mg cm-2)的柔性Li-S软包电池的高容量(1269 mAh g–1)和优异的循环性能(200次循环后936 mAh g–1)证明了MOF @ PVDF-HFP膜用于开发实用性储能装置的潜力。
文献链接：“Simultaneously Inhibiting Lithium Dendrites Growth and Polysulfides Shuttle by a Flexible MOF-Based Membrane in Li–S Batteries”(Adv. Energy Mater.DOI:10.1002/aenm.201802130)
本文由材料人编辑部学术组微观世界编译供稿，材料牛整理编辑。
(责任编辑：子蕊)
免责声明：本文仅代表作者个人观点，与中国电池联盟无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容。
凡本网注明 “来源：XXX（非中国电池联盟）”的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的，请在一周内进行，以便我们及时处理。
QQ：503204601
邮箱：cbcu@cbcu.com.cn
凡本网注明 “来源：XXX（非中国电池联盟）”的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的，请在一周内进行，以便我们及时处理。
QQ：503204601
邮箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜欢
-
宾州州立王朝阳院士团队：热调控电池让电动飞行汽车商业化成为现
2021-06-08 10:10 -
密歇根大学列出锂金属固态电池的主要问题 以推动其商业化发展
2021-06-07 08:38 -
崔屹鲍哲南团队设计新型电解液，有望解决金属锂电池循环寿命难题
2021-06-04 10:10 -
南京大学金钟课题组设计介观结构锂负极材料用于高比能锂金属电池
2021-06-04 08:53 -
何向明团队：锂离子电池参比电极研究进展
2021-05-28 11:55 -
得州农工大学开发新型无金属多肽电池 可根据要求进行降解
2021-05-15 13:19 -
哈佛大学团队打造新型固态锂金属电池：10-20分钟为电动汽车充满电
2021-05-14 10:53 -
阿尔托大学开发电池回收新方法 不需要破碎或溶解电池
2021-05-11 21:28 -
USU团队利用EV报废电池开发太阳能存储系统 更具成本效益
2021-05-11 21:09 -
花王与大学合作研发用汗水发电的生物电池
2021-05-07 09:15
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
专题
相关新闻
-
宾州州立王朝阳院士团队：热调控电池让电动飞行汽车商业化成为现
2021-06-08 10:10 -
密歇根大学列出锂金属固态电池的主要问题 以推动其商业化发展
2021-06-07 08:38 -
崔屹鲍哲南团队设计新型电解液，有望解决金属锂电池循环寿命难题
2021-06-04 10:10 -
南京大学金钟课题组设计介观结构锂负极材料用于高比能锂金属电池
2021-06-04 08:53 -
何向明团队：锂离子电池参比电极研究进展
2021-05-28 11:55 -
得州农工大学开发新型无金属多肽电池 可根据要求进行降解
2021-05-15 13:19 -
哈佛大学团队打造新型固态锂金属电池：10-20分钟为电动汽车充满电
2021-05-14 10:53 -
阿尔托大学开发电池回收新方法 不需要破碎或溶解电池
2021-05-11 21:28
本月热点
-
2020年锂电池行业研究报告
2021-05-11 11:24 -
突发｜深圳一锂电企业停止经营、解散员工！
2021-05-11 10:02 -
4月我国动力电池装车量同比上升134.0%
2021-05-13 08:26 -
如何看待Pack内铁锂和三元混用
2021-06-01 09:25 -
可充电中性锌空气电池：进展，挑战和未来
2021-05-19 10:59 -
揭开赣锋锂业的家底
2021-06-03 09:46 -
“电池荒”来袭，生产纯电动汽车的车企要被卡脖子了？
2021-06-01 21:22 -
关于征集《锂离子电池用连续式真空干燥系统技术规范》等两项行业标准的函）征求意见程序
2021-05-31 22:53
企业微信号
微信公众号