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【皇冠官网】有机可塑化固体电解质提升锂硫电池锂负极稳定性技术研究

皇冠官网地址|【章节】皇冠官网地址锂(Li)金属具备最低的比容量(3860mAhg-1),低于的电势(-3.040Vvs.标准氢电极)和低密度(0.59gcm-3),并且其被指出是最不具潜力的负极材料。但是,一些问题妨碍了可充电Li金属电池的应用于。Li金属是高活性半年前和电解质反应在Li表面马上构成液体——电解质界面(SEI)层。因为SEI机械性能很差,所以SEI层不需要容纳Li层大量的电荷以及在循环过程中连续不断的毁坏和修复。

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这个反复的毁坏和修缮消耗Li金属和电解质,造成较低的库伦效率(CE)和电解液耗尽以及块体Li的一些生锈。更进一步,金属Li突起不会生长并刺入SEI膜而且Li离子有可能优先沉积在这些“露出的”金属Li突起上构成枝晶,这是造成电池短路和其他安全性问题的原因。

为了强化好平稳金属Li上的SEI膜,研究人员使用了许多策略,比如调整电解质成分,优化电解质添加剂和在Li表面制取一种人造的牢固的保护层。在众多方法中,电解质和电解质添加物是经常被用来平稳金属Li的。碳酸盐——恩电解质(例如LiPF6在碳酸盐溶剂中)以及其他——恩电解质(比如LiTFSI在其他溶剂中)是最常用的电解质。

从含无机Li盐和有机组分例如LiF,Li2O,Li2CO3,和RCOOLi等这些电解质中在金属Li上构成的传统SEI膜中,其细节组分各不相同电解质(盐和溶剂)以及添加物。这些SEI膜的柔性好韧性在Li电镀/挤压过程中并不是线性规划的来忍受大的机械变形,并且在特别是在低沉积容量下,循环后SEI膜依然不会被毁坏,造成较低的库伦效率和Li枝晶的构成。

离子液体好高能度的电解质近年来展现了高Li电镀/挤压性能的特点,但是,较低的电导率和较高的粘度需要造成低的极化以及较低的负极电容利用。金属Li上的SEI膜的特性和负极化学必要涉及。

在Li-S电池中,金属Li的发育在构建更佳的多达500次循环的循环稳定性上是一个主要的妨碍。沉淀的以及穿梭往返的Li多硫化合物需要通过和金属Li反应构成无机组分(Li2S/Li2S2)来参予SEI膜的构成。在或许上,Li枝晶的生长是可以的诱导的并且循环效率是可以提升的。因此,理想的SEI膜应当是机械强度低并且柔韧性需要适应环境在Li电镀/挤压的体积过程的变化。

具备高度一致性,出众的柔韧性,较好的机械特性以及稳定性的SEI膜的设计和构建对于构建低库伦效率和长时间循环金属Li电池是至关重要的。【成果概述】近日,宾夕法尼亚大学的王东海教授,低月教授沈淑茹教授等人在NatureCommunications上发文,为题:“Organosulfide-plasticizedsolid-electrolyteinterphaselayerenablesstablelithiummetalanodesforlong-cyclelithium-sulfurbatteries”。

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研究人员报导了一种自构成柔性在华液体——电解质界面层通过共沉淀多硫化物/多巨硫化合物以及有机Li盐,使用含硫高分子作为电解质添加剂。多硫化物/多巨硫化合物在液体电解质界面层中作为“塑化剂”来提升它的机械强度。

构成的液体电解质界面层能使无枝晶的锂沉积,明显提升了库伦的效率(在电流密度为2mAcm-2经过400次循环后效率为99%)。基于这种策略的锂硫电池展现了长的循环寿命(1000次循环)以及好的容量维持亲率。

【图文简介】图1.平稳的有机/有机混合SEI层的构成的示意图a)SCP获取电解质中的有机单元(多硫化物/多巨硫化合物)和无机单元(Li2S/Li2S2);b)多硫化物/多巨硫化合物-Li2S/Li2S2杂化SEI膜构成示意图;c)通过平稳的有机无机杂化SEI膜维护金属Li;图2.。

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